2024高考物理一輪復習37驗證動量守恒定律課時同步檢測含解析

驗證動量守恒定律1．如圖，把兩個大小相同、質(zhì)量不等的金屬球a、b用細線連接，中間夾一被壓縮了的輕彈簧，置于水平桌面上，兩球到桌邊距離相等。燒斷細線，視察兩球的運動狀況，進行必要的測量，可以驗證兩球相互作用過程中動量是否守恒。(1)本試驗必需測量的物理量是________。A．桌面到水平地面高度HB．小球a、b的質(zhì)量ma、mbC．小球a、b的半徑rD．小球a、b離開桌面后空中飛行的時間tE．記錄紙上O1點到a球落地點A的距離O1A，O2點到b球落地點B的距離O2B(2)用測得的物理量驗證動量守恒的關(guān)系式是_____________________________。(3)事實證明，空氣阻力對球的運動影響可以忽視，但本試驗中多次測量均發(fā)覺質(zhì)量大的球的動量略小于質(zhì)量小的球的動量，造成這一結(jié)果的緣由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)以向右為正方向，由動量守恒定律得：mbvb－mava＝0，小球離開桌面后做平拋運動，由于球的半徑相等、拋出點高度相同，球在空中做平拋運動的時間t相等，則：mbvbt－mavat＝0，即：mbeq\x\to(O2B)－maeq\x\to(O1A)＝0，試驗須要驗證的表達式為：maeq\x\to(O1A)＝mbeq\x\to(O2B)，試驗須要測量兩小球的質(zhì)量與小球做平拋運動的水平位移，故選B、E；(2)由(1)可知，試驗須要驗證的表達式為：maeq\x\to(O1A)＝mbeq\x\to(O2B)；(3)小球與彈簧脫離后在桌面上運動過程受到摩擦力f＝μmg的作用，小球質(zhì)量m越大，小球受到的阻力越大，桌面對質(zhì)量大的球的沖量大，小球離開桌面時，質(zhì)量大的球的動量小于質(zhì)量小的球的動量，所以造成這一結(jié)果的緣由是摩擦力對質(zhì)量大的球的沖量大。答案：(1)BE(2)maeq\x\to(O1A)＝mbeq\x\to(O2B)(3)摩擦力對質(zhì)量大的球的沖量大2．某學習小組設(shè)計了如下碰撞試驗，探究其中的能量損耗問題，試驗裝置如圖所示。試驗打算了質(zhì)量分別為0.20kg、0.20kg、0.40kg的滑塊A、B、C，滑塊A右側(cè)帶有自動鎖扣，左側(cè)與穿過打點計時器(圖中未畫出)的紙帶相連，滑塊B、C左側(cè)均帶有自動鎖扣，打點計時器的電源頻率f＝50Hz。調(diào)整好試驗裝置后，在水平氣墊導軌上放置A、B兩個滑塊，啟動打點計時器，使滑塊A以某一速度與靜止的滑塊B相碰并粘合在一起運動，紙帶記錄的數(shù)據(jù)如圖乙所示；用滑塊C替代滑塊B，重復上述試驗過程，紙帶數(shù)據(jù)如圖丙所示。依據(jù)紙帶記錄的數(shù)據(jù)，滑塊A與B碰撞過程系統(tǒng)損失的動能為________J，滑塊A與C碰撞過程系統(tǒng)損失的動能為________J。(計算結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)依據(jù)試驗結(jié)果可知，被碰物體質(zhì)量增大，系統(tǒng)損失的動能________(填“增大”“減小”或“不變”)。解析：計時器打點周期T＝0.02s，由紙帶可得出A與B碰撞前的速度為v0＝eq\f(6.00＋6.01＋6.02＋6.03cm,4×0.02s)＝3.00m/s，碰撞后的速度為v′＝eq\f(2.97＋2.98＋2.99＋3.00cm,4×0.02s)＝1.49m/s，則可計算出碰前系統(tǒng)總動能E＝eq\f(1,2)×0.20×32J＝0.9J，碰后系統(tǒng)的總動能E′＝eq\f(1,2)×(0.20＋0.20)×1.492J＝0.45J，可得碰撞過程中系統(tǒng)損失的動能為ΔE＝E－E′＝0.45J，同理可計算出，A與C碰撞過程中損失的動能為0.60J；由計算結(jié)果可知，系統(tǒng)損失的動能增大。答案：0.450.60增大3.某同學用如圖所示裝置驗證動量守恒：長木板水平固定，彈簧左端固定在擋板上，右端自由伸長到O點，滑塊A右側(cè)粘有橡皮泥，置于長木板上，左側(cè)恰好位于O點。操作如下：①推動A壓縮彈簧至某一位置，然后無初速釋放，測得停下時A、O間距離x1；②再次推動A壓縮彈簧至同一位置，另取一相同滑塊B放于O點，無初速釋放A，A與B碰后粘在一起運動，測得停下時A、O的距離x2。請回答下列問題：(1)x1________x2(選填“大于”“小于”或“等于”)；(2)試驗中還須要測量的物理量及符號是__________________________________，若等式____________________(用所測物理量符號表示)成立，則碰撞過程動量守恒。解析：(1)由于碰撞后整體的速度小，故碰后停下時的距離要小，故x1大于x2；(2)依據(jù)動量守恒定律可知，試驗中須要測量滑塊A、B的質(zhì)量，以及A的速度和AB共同的速度，速度可以依據(jù)速度和位移的關(guān)系求解，故只須要再測量滑塊A質(zhì)量M，滑塊B質(zhì)量m即可；由于可以認為兩物體和地面的動摩擦因數(shù)相等，依據(jù)a＝μg可知，加速度相同，則有：v2＝2ax，解得：v1＝eq\r(2ax1)；碰后AB共同的速度v＝eq\r(2ax2)；依據(jù)動量守恒定律有：Mv1＝(M＋m)v將速度代入，化簡可得：Meq\r(x1)＝(M＋m)eq\r(x2)。答案：(1)大于(2)滑塊A質(zhì)量M，滑塊B質(zhì)量mMeq\r(x1)＝(M＋m)eq\r(x2)4．(2024·全國卷Ⅰ)某同學用如圖所示的試驗裝置驗證動量定理，所用器材包括：氣墊導軌、滑塊(上方安裝有寬度為d的遮光片)、兩個與計算機相連接的光電門、砝碼盤和砝碼等。試驗步驟如下：(1)開動氣泵，調(diào)整氣墊導軌，輕推滑塊，當滑塊上的遮光片經(jīng)過兩個光電門的遮光時間________時，可認為氣墊導軌水平；(2)用天平測砝碼與砝碼盤的總質(zhì)量m1、滑塊(含遮光片)的質(zhì)量m2；(3)用細線跨過輕質(zhì)定滑輪將滑塊與砝碼盤連接，并讓細線水平拉動滑塊；(4)令滑塊在砝碼和砝碼盤的拉動下從左邊起先運動，和計算機連接的光電門能測量出遮光片經(jīng)過A、B兩處的光電門的遮光時間Δt1、Δt2及遮光片從A運動到B所用的時間t12；(5)在遮光片隨滑塊從A運動到B的過程中，假如將砝碼和砝碼盤所受重力視為滑塊所受拉力，拉力沖量的大小I＝________，滑塊動量變更量的大小Δp＝______；(用題中給出的物理量及重力加速度g表示)(6)某次測量得到的一組數(shù)據(jù)為：d＝1.000cm，m1＝1.50×10－2kg，m2＝0.400kg，Δt1＝3.900×10－2s，Δt2＝1.270×10－2s，t12＝1.50s，取g＝9.80m/s2。計算可得I＝______N·s，Δp＝________kg·m·s－1；(結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)(7)定義δ＝eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(I－Δp,I)))×100%，本次試驗δ＝________%(保留1位有效數(shù)字)。解析：(1)當氣墊導軌水平常，滑塊在導軌上做勻速運動，所以滑塊上的遮光片通過兩個光電門的遮光時間相等。(5)依據(jù)沖量的定義可得I＝m1gt12；依據(jù)動量變更量的定義可得Δp＝m2eq\f(d,Δt2)－m2eq\f(d,Δt1)＝m2eq\f(d,Δt2)－eq\f(d,Δt1)。(6)代入數(shù)據(jù)得I＝m1gt12＝1.50×10－2×9.80×1.50N·s≈0.221N·s；Δp＝m2eq\f(d,Δt2)－eq\f(d,Δt1)＝0.400×1.000×10－2eq\f(1,1.270×10－2)－e