2018版 第6章 實驗7 實驗集訓(xùn)

PAGEPAGE5實驗集訓(xùn)|研測考向1．如圖實-7-6為實驗室常用的氣墊導(dǎo)軌驗證動量守恒的裝置。兩帶有等寬遮光條的滑塊A和B，質(zhì)量分別為mA、mB，在A、B間用細線水平壓住一輕彈簧，將其置于氣墊導(dǎo)軌上，調(diào)節(jié)導(dǎo)軌使其能實現(xiàn)自由靜止，這是表明______________。燒斷細線?；瑝KA、B被彈簧彈開，光電門C、D記錄下兩遮光條通過的時間分別為tA和tB，若有關(guān)系式________，則說明該實驗動量守恒。圖實-7-6【解析】滑塊在導(dǎo)軌能自由靜止，說明導(dǎo)軌水平。因為滑塊在氣墊導(dǎo)軌上所受阻力忽略不計，認為是零，若上述過程A、B系統(tǒng)動量守恒，則有：mAvA＝mBvB，又由于兩遮光條等寬，則eq\f(mA,tA)＝eq\f(mB,tB)或eq\f(mA,tA)－eq\f(mB,tB)＝0?！敬鸢浮繗鈮|導(dǎo)軌水平eq\f(mA,tA)＝eq\f(mB,tB)或eq\f(mA,tA)－eq\f(mB,tB)＝02．氣墊導(dǎo)軌(如圖實-7-7)工作時，空氣從導(dǎo)軌表面的小孔噴出，在導(dǎo)軌表面和滑塊內(nèi)表面之間形成一層薄薄的空氣層。使滑塊不與導(dǎo)軌表面直接接觸，大大減小了滑塊運動時的阻力。為了驗證動量守恒定律，在水平氣墊導(dǎo)軌上放置兩個質(zhì)量均為a的滑塊，每個滑塊的一端分別與穿過打點計時器的紙帶相連，兩個打點計時器所用電源的頻率均為b。氣墊導(dǎo)軌正常工作后，接通兩個打點計時器的電源。并讓兩滑塊以不同的速度相向運動，兩滑塊相碰后粘在一起繼續(xù)運動。圖實-7-8為某次實驗打出的、點跡清晰的紙帶的一部分，在紙帶上以同間距的6個連續(xù)點為一段劃分紙帶，用刻度尺分別量出其長度s1、s2和s3。若題中各物理量的單位均為國際單位。那么，碰撞前兩滑塊的動量大小分別為____________、____________，兩滑塊的總動量大小為____________；碰撞后兩滑塊的總動量大小為____________。重復(fù)上述實驗，多做幾次。若碰撞前、后兩滑塊的總動量在實驗誤差允許的范圍內(nèi)相等，則動量守恒定律得到驗證。圖實-7-7圖實-7-8【解析】分析可知，速度較大的滑塊與上面紙帶相連，速度小的滑塊與下面紙帶相連，碰撞前速度大的滑塊動量大小p1＝m1v1＝a·eq\f(s1,t1)＝a·eq\f(s1,5T)＝a·eq\f(s1f,5)＝0.2abs1；同理，碰撞前速度小的滑塊動量大小為p3＝0.2abs3；碰撞前總動量大小p＝p1－p3＝0.2ab(s1－s3)；碰后兩滑塊總動量p′＝(m1＋m2)·v′＝0.4abs2?！敬鸢浮?.2abs30.2abs10.2ab(s1－s3)0.4abs2(第1、2空答案可互換)3．某同學(xué)利用打點計時器和氣墊導(dǎo)軌做驗證動量守恒定律的實驗，氣墊導(dǎo)軌裝置如圖實-7-9甲所示，所用的氣墊導(dǎo)軌裝置由導(dǎo)軌、滑塊、彈射架等組成。在空腔導(dǎo)軌的兩個工作面上均勻分布著一定數(shù)量的小孔，向?qū)к壙涨粌?nèi)不斷通入壓縮空氣，空氣會從小孔中噴出，使滑塊穩(wěn)定地漂浮在導(dǎo)軌上，這樣就大大減小了因滑塊和導(dǎo)軌之間的摩擦而引起的誤差。圖實-7-9下面是實驗的主要步驟：①安裝好氣墊導(dǎo)軌，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌的調(diào)節(jié)旋鈕，使導(dǎo)軌水平：②向氣墊導(dǎo)軌通入壓縮空氣：③把打點計時器固定在緊靠氣墊導(dǎo)軌左端彈射架的外側(cè)，將紙帶穿過打點計時器和彈射架并固定在滑塊1的左端。調(diào)節(jié)打點計時器的高度，直至滑塊拖著紙帶移動時，紙帶始終在水平方向；④使滑塊1擠壓導(dǎo)軌左端彈射架上的橡皮繩；⑤把滑塊2放在氣墊導(dǎo)軌的中間；已知碰后兩滑塊一起運動；⑥先________________，然后________，讓滑塊帶動紙帶一起運動；⑦取下紙帶。重復(fù)步驟④⑤⑥。選出較理想的紙帶如圖乙所示；⑧測得滑塊1(包括撞針)的質(zhì)量為310g，滑塊2(包括橡皮泥)的質(zhì)量為205g。(1)試著完善實驗步驟⑥的內(nèi)容。(2)已知打點計時器每隔0.02s打一個點，計算可知兩滑塊相互作用前質(zhì)量與速度的乘積之和為________kg·m/s；兩滑塊相互作用以后質(zhì)量與速度的乘積之和為______________kg·m/s。(保留3位有效數(shù)字)(3)試說明(2)問中兩結(jié)果不完全相等的主要原因是______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________?！窘馕觥?1)使用打點計時器時應(yīng)先接通電源，后放開滑塊1。(2)作用前滑塊1的速度v1＝eq\f(0.2,0.1)m/s＝2m/s，其質(zhì)量與速度的乘積為0.310×2kg·m/s＝0.620kg·m/s，作用后滑塊1和滑塊2具有相同的速度v＝eq\f(0.168,0.14)m/s＝1.2m/s，其質(zhì)量與速度的乘積之和為(0.310＋0.205)×1.2kg·m/s＝0.618kg·m/s。(3)相互作用前后動量減小的主要原因是紙帶與打點計時器的限位孔有摩擦?！敬鸢浮?1)接通打點計時器的電源放開滑塊1(2)0.6200.618(3)紙帶與打點計時器的限位孔有摩擦4．某小組用如圖實-7-10所示的裝置驗證動量守恒定律，裝置固定在水平面上，圓弧形軌道下端切線水平，兩球半徑相同，兩球與水平面的動摩擦因數(shù)相同。實驗時，先測出A、B兩球的質(zhì)量mA、mB，讓球A多次從圓弧形軌道上某一位置由靜止釋放，記下其在水平面上滑行距離的平均值x0，然后把球B靜置于軌道下端水平部分，并將球A從軌道上同一位置由靜止釋放，并與球B相碰，重復(fù)多次。圖實-7-10(1)為確保實驗中球A不反向運動，則mA、mB應(yīng)滿足的關(guān)系是________；(2)寫出實驗中還需要測量的物理量及符號：______________________________________________________________；(3)若碰撞前后動量守恒，寫出動量守恒的表達式：______________________________________________________________________________________________________________________________；(4)取mA＝2mB，x0＝1m，且A、B間為完全彈性碰撞，則B球滑行的距離為________?！窘馕觥?1)為防止兩球碰撞后入射球反彈，入射球的質(zhì)量應(yīng)大于被碰球的質(zhì)量，即：mA＞mB。(2)碰撞后兩球做減速運動，設(shè)碰撞后的速度為：vA、vB，由動能定理得：－μmAgx0＝0－eq\f(1,2)mAveq\o\al(2,0)，v0＝eq\r(2μgx0)，－μmAgxA＝0－eq\f(1,2)mAveq\o\al(2,A)，vA＝eq\r(2μgxA)，－μmBgxB＝0－eq\f(1,2)mBveq\o\al(2,B)，vB＝eq\r(2μgxB)，如果碰撞過程動量守恒，則：mAv0＝mAvA＋mBvB，即：mAeq\r(2μgx0)＝mAeq\r(2μgxA)＋mBeq\r(2μgxB)，整理得：mAeq\r(x0)＝mAeq\r(xA)＋mBeq\r(xB)，實驗需要測量碰撞后A、B球在水平面滑行的距離：xA、xB(3)由(2)可知，若碰撞前后動量守恒，寫出動量守恒的表達式為：mAeq\r(x0)＝mAeq\r(xA)＋mBeq\r(xB)。(4)如果碰撞過程是完全彈性碰撞，碰撞過程系統(tǒng)動量守恒，以向右為正方向，由動量守恒定律得：mAeq\r(x0)＝mAeq\r(xA)＋mBeq\r(xB)，由機械能守恒定律得：eq\f(1,2)mA(eq\r(2μgx0))2＝eq\f(1,2)mA(