2024-2025學年高二物理選擇性必修第一冊（配魯科版）分層作業(yè)6 科學驗證 動量守恒定律

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分層作業(yè)6科學驗證:動量守恒定律A組必備知識基礎練1.(多選)在利用斜槽驗證碰撞中的動量守恒實驗時,實驗條件是()A.斜槽軌道必須是光滑的B.斜槽軌道末端的切線是水平的C.入射球每一次都要從同一高度由靜止?jié)L下D.碰撞的瞬間,入射球和被碰球的球心連線與軌道末端的切線平行2.(多選)在利用氣墊導軌驗證碰撞中的動量守恒的實驗中,哪些因素可導致實驗誤差()A.導軌安放不水平B.小車上擋光板傾斜C.兩小車質(zhì)量不相等D.兩小車碰后連在一起3.某同學把兩塊大小不同的木塊用細線連接,中間夾一個被壓縮的彈簧,如圖所示,將這一系統(tǒng)置于光滑的水平桌面上,燒斷細線,觀察木塊的運動情況,進行必要的測量,驗證物體間相互作用時動量守恒。(1)該同學還必須有的器材是、。

(2)需要直接測量的數(shù)據(jù)是

。

(3)用所得數(shù)據(jù)驗證守恒量的關系式為。

4.某同學做驗證碰撞中的動量守恒的實驗。豎直平面內(nèi)固定一段弧形軌道,其下端與水平桌面相切。先將質(zhì)量為m1的小滑塊A從弧形軌道上某一點無初速度釋放,測出小滑塊A在水平桌面上滑行的距離x1(如圖甲),然后將另一質(zhì)量為m2的小滑塊B放在弧形軌道的最低點,再將小滑塊A從弧形軌道上某一點無初速度釋放,A與B碰撞后,測出A沿桌面滑動的距離x2和B沿桌面滑動的距離x3(如圖乙),以上數(shù)據(jù)均需測量。已知滑塊A和B的大小形狀相同,回答下列問題:(1)下列選項中,符合本實驗要求的是。

A.所用弧形軌道必須是光滑的B.A的質(zhì)量小于B的質(zhì)量C.A的質(zhì)量大于B的質(zhì)量D.兩次實驗必須從弧形軌道上同一點無初速度釋放滑塊A(2)本實驗除了圖上裝置,還需要的測量工具有(填兩個)。

(3)若下列關系式成立,則可驗證A、B組成的系統(tǒng)在碰撞過程中動量守恒。

A.m1x1=m1x2+m2x3B.m1x3=m1x1+m2x2C.m1x1=m1x2+mD.m1x3=m1x1+m5.利用如圖所示的裝置可以驗證兩球碰撞中動量守恒。若繩長為L,球A、B的質(zhì)量分別為mA、mB,球A、B分別由偏角α和β靜止釋放,若碰撞后都向右運動,最大偏角分別為α'和β',則驗證動量守恒的表達式為

。

B組關鍵能力提升練6.在利用斜槽裝置驗證動量守恒定律的實驗中,入射小球m1=15g,原來靜止的被碰小球m2=10g。由實驗測得它們在碰撞前后的x-t圖像如圖所示,由圖可知,入射小球碰撞前的m1v1=,入射小球碰撞后的m1v1'=,被碰小球碰撞后的m2v2'=。由此得出結論

。

7.在如圖所示的裝置中,質(zhì)量為mA的鋼球A用細線懸掛于O點,質(zhì)量為mB的鋼球B放在離地面高度為h的小支柱N上。O點到A球球心的距離為l。使懸線在A球釋放前伸直,且線與豎直線的夾角為α,A球釋放后擺動到最低點時恰與B球相碰,碰撞后,A球把輕質(zhì)指示針OC推移到與豎直線的夾角為β處,B球落到地面上,地面上鋪一張蓋有復寫紙的白紙D。保持α角度不變,多次重復上述實驗,白紙上記錄到多個B球的落點。(1)圖中x應是B球初始位置到的水平距離。

(2)為了探究碰撞中的不變量,應測得物理量(用字母表示)。

(3)用測得的物理量表示:mAvA=;mAvA'=;mBvB'=。

8.用如圖甲所示裝置做“驗證動量守恒定律”實驗,研究小球在斜槽末端碰撞時動量是否守恒。實驗時先調(diào)節(jié)軌道使末端水平,讓入射小球多次從斜槽上位置S由靜止釋放,通過白紙和復寫紙找到其平均落地點的位置P,測出平拋射程LOP。然后,把半徑相同的被碰小球靜置于軌道末端,仍將入射小球從S處由靜止釋放,與被碰小球發(fā)生正碰,多次重復該操作,確定出兩小球平均落地點位置分別為M、N后,測量出兩落地點到O的距離LOM、LON,再測出入射小球和被碰小球的質(zhì)量m1、m2。甲(1)本實驗中,入射小球m1與被碰小球m2質(zhì)量大小需要符合的條件;

(2)在實驗誤差允許的范圍內(nèi),若滿足關系式(用所給物理量的字母表示),則可以認為兩球碰撞前后的動量守恒;

(3)實驗小組換用多個半徑相同、質(zhì)量不同的被碰小球重復上述實驗,分別測量出被碰小球質(zhì)量m2以及對應的LOM、LON值,根據(jù)測量數(shù)據(jù)描點作出如圖乙所示圖像為一直線,該圖像縱坐標為LOM,則橫坐標為;

乙A.m2 B.LONC.LONm2 D.m2(4)研究(3)中所得圖像,斜率絕對值為k,縱坐標截距為a,若k、a須分別滿足,則表明上述每組小球正碰時動量均守恒。

9.某同學現(xiàn)用如圖甲所示的氣墊導軌和光電門裝置來做驗證動量守恒定律的實驗,在氣墊導軌右端固定一彈簧,滑塊b的右端有膠水。圖甲中滑塊a和擋光片的總質(zhì)量為m1=0.620kg,滑塊b的質(zhì)量為m2=0.410kg,實驗步驟如下:①按圖甲安裝好實驗器材后,接通氣源,先將滑塊a置于氣墊導軌上,調(diào)節(jié)氣墊導軌,直到輕推滑塊a后,滑塊a上的擋光片通過兩個光電門的時間;

②將滑塊b置于兩光電門之間,將滑塊a置于光電門1的右側,滑塊a水平壓縮彈簧,在彈簧的作用下向左彈射出去,通過光電門1后繼續(xù)向左滑動并與滑塊b發(fā)生碰撞;③兩滑塊碰撞后粘在一起向左運動,并通過光電門2;④實驗后,分別記錄下滑塊a上擋光片通過光電門1的時間t1,兩滑塊一起運動時擋光片通過光電門2的時間t2。甲乙(1)完成實驗步驟①中所缺少的內(nèi)容。(2)實驗前用一游標卡尺測得擋光片的寬度d如圖乙所示,則d=cm。

(3)設擋光片通過光電門的時間為Δt,則滑塊通過光電門的速度可表示為v=(用d、Δt表示)。

(4)實驗中測得滑塊a經(jīng)過光電門1的速度v1=2.00m/s,兩滑塊經(jīng)過光電門2的速度v2=1.20m/s,將兩滑塊和擋光片看成一個系統(tǒng),則系統(tǒng)在兩滑塊相互作用前、后的總動量分別為p1=kg·m/s,p2=kg·m/s。(結果均保留3位小數(shù))

10.(2024廣東深圳高二期末)某同學利用如圖甲所示裝置驗證碰撞過程中的動量守恒。一圓弧面和水平面在A點平滑連接,水平面上涂有潤滑劑。在A、B兩點處各安裝一個光電門?，F(xiàn)將質(zhì)量為m2的滑塊Q(含遮光條)靜置于A、B之間,將質(zhì)量為m1的滑塊P(含遮光條)從圓弧面上某點釋放,此后A點處光電門記錄一個擋光時間Δt1,B點處光電門先后記錄兩個擋光時間,依次為Δt2和Δt3,遮光條的寬度均為d。(1)遮光條的寬度可利用游標卡尺測出,測量如圖乙所示,遮光條的寬度為mm;

(2)是否要求滑塊P必須從靜止釋放?(選填“是”或“否”);

(3)滑塊Q通過光電門的速度可表示為(用題中所給物理量字母表示);

(4)若兩滑塊碰撞瞬間滿足動量守恒,則滿足的關系式為。(用m1、m2、Δt1、Δt2、Δt3表示)

11.在驗證動量守恒定律的實驗中,某同學用如圖所示的裝置進行如下的實驗操作:①先將斜槽軌道的末端調(diào)整水平,在一塊平木板表面釘上白紙和復寫紙,并將該木板豎直立于槽口處。使小球a從斜槽上緊靠擋板處由靜止釋放,小球撞到木板并在白紙上留下痕跡O;②將木板向遠離槽口方向平移一段距離,再使小球a從斜槽上緊靠擋板處由靜止釋放,小球撞到木板上得到痕跡B;③然后把半徑相同的小球b靜止放在斜槽水平末端,小球a仍從原來擋板處由靜止釋放,與小球b相碰后,兩球撞在木板上得到痕跡A和C;④用天平測量a、b的質(zhì)量分別為ma、mb,用刻度尺測量紙上O點到A、B、C三點的豎直距離分別為y1、y2、y3。(1)小球a與小球b相碰后,兩球撞在木板上得到痕跡A和C,其中小球a撞在木板上的(選填“A”或“C”)點。

(2)用本實驗中所測量的量來驗證兩球碰撞過程動量守恒,其表達式為(僅用ma、mb、y1、y2、y3表示)。

參考答案分層作業(yè)6科學驗證:動量守恒定律1.BCD利用斜槽驗證碰撞中的動量守恒實驗,要求入射小球每次到槽口時,具有相同的速度,所以應從槽上同一位置滾下,但斜槽不需要光滑,選項A錯誤,選項C正確;由于碰撞前、后要求小球均做平拋運動,且拋物線在同一平面,選項B、D正確。只有滿足實驗所必需的條件,所做實驗才能達到預期目的。2.AB導軌不水平,小車速度將會受重力影響,選項A正確;擋光板傾斜會導致?lián)豕獍鍖挾炔坏扔趽豕怆A段小車通過的位移,導致速度計算出現(xiàn)誤差,選項B正確;本實驗要求兩小車碰后連在一起,不要求兩小車質(zhì)量相等。3.解析兩木塊彈開后各自做平拋運動,根據(jù)平拋運動知識可知兩木塊在空中運動的時間相等。所需驗證的表達式為m1v1=m2v2,兩側都乘以時間t,有m1v1t=m2v2t,即m1x1=m2x2。答案(1)刻度尺天平(2)兩木塊的質(zhì)量m1、m2,兩木塊落地點分別到桌子兩側邊的水平距離x1、x2(3)m1x1=m2x24.解析(1)只要使A從同一位置由靜止釋放,不論弧形軌道是否光滑,A到達水平面時的速度都相等,實驗中所用弧形軌道不必是光滑的,但必須從同一位置釋放,故A錯誤,D正確;若A的質(zhì)量小于B的質(zhì)量,則碰后A反彈,若A的質(zhì)量等于B的質(zhì)量,則碰后A靜止,所以A的質(zhì)量要大于B的質(zhì)量,讓實驗過程簡化,故B錯誤,C正確。(2)因?qū)嶒烌炞C動量守恒定律,需要測量位移求解速度,因兩滑塊質(zhì)量不同還需測量兩滑塊的質(zhì)量,故還需要的測量工具有刻度尺和天平。(3)不放B時,A在水平面運動過程,由動能定理得-μm1gx1=0-12m1v12,解得v1=2μgx1,碰撞后,設A碰撞后速度為v1',A在水平面運動過程中,由動能定理得-μm1gx2=0-12m1v1'2,解得v1'=2μgx2,設B碰撞后的速度為v2',碰后滑行過程中,由動能定理得-μm2gx3=0-12m2v2'2,解得v2'=2μgx3答案(1)CD(2)刻度尺和天平(3)C5.解析小球從靜止釋放運動到最低點的過程中,機械能守恒,對于球A有mAgL(1-cosα)=12mvA2,所以vA=2gL(1-cosα),同理可得vB=-2gL(1-cosmA2gL(1=mA2gL(1-答案mA2gL(1-cosα)-mB6.解析由題圖可知碰撞前m1的速度大小v1=0.20.2故碰撞前m1v1=0.015×1kg·m/s=0.015kg·m/s。碰撞后m1速度大小v1'=0.3-0.20.m2的速度大小v2'=0.35-0.20.4故m1v1'=0.015×0.5kg·m/s=0.0075kg·m/s,m2v2'=0.01×0.75kg·m/s=0.0075kg·m/s,可知m1v1=m1v1'+m2v2'。答案0.015kg·m/s0.0075kg·m/s0.0075kg·m/s碰撞前后兩球總動量不變7.解析小球A在碰撞前后擺動,滿足機械能守恒。小球B在碰撞后做平拋運動,則x應為B球的平均落點到初始位置的水平距離。要得到碰撞前后的mv,需測量mA、mB、α、β、l、h、x等,對A,由機械能守恒得mAgl(1-cosα)=12mAv則mAvA=mA2gl碰后對A,有mAgl(1-cosβ)=12mAvA'2則mAvA'=mA2gl碰后B做平拋運動,有x=vB't,h=12gt2,所以mBvB'=mBxg答案(1)B球平均落點(2)mA、mB、α、β、l、h、x(3)mA2gl(1-cosα)m8.解析(1)入射小球質(zhì)量必須大于被碰小球質(zhì)量,即m1>m2,以免碰撞后彈回,導致再次從軌道射出時速度與碰后速度不一致。(2)根據(jù)動量守恒定律有m1v0=m1v1+m2v2,拋出后各自做平拋運動,有水平方向x=vt,豎直方向H=12gt2,聯(lián)立代入射程得m1LOP=m1LOM+m2LON(3)該圖像縱坐標為LOM,根據(jù)m1LOP=m1LOM+m2LON,整理得LOM=m1LOP-m2LONm1=LOP-1m1·(m2·(4)由上述可知,斜率絕對值為k=1m1,a=L答案(1)m1>m2(2)m1LOP=m1LOM+m2LON(3)D(4)k=1m1,9.解析(1)在步驟①中,氣墊導軌安裝時應保持水平狀態(tài),滑塊a在氣墊導軌上做勻速直線運動,故滑塊a上的擋光片通過兩光電門的時間相等。(2)游標卡尺的主尺讀數(shù)為15mm,游標尺讀數(shù)為0.05×10mm=0.50mm,所以擋光片的寬度d=15mm+0.50mm=15.50mm=1.550cm。(3)由于擋光片的寬度比較小,故擋光片通過光電門的時間比較短,因此可將擋光片通過光電門的平均速度看成滑塊通過光電門的瞬時速度,故滑塊通過光電門的速度可表示為v=dΔ(4)兩滑塊相互作用前系統(tǒng)的總動量為p1=m1v1=0.620×2.00kg·m/s=1.240kg·m/s;兩滑塊相互作用后系統(tǒng)的總動量為p2=(m1+m2)v2=(0.620+0.410)×1.20kg·m/s=1.236kg·m/s。答案(1)相等(2)1.550(3)dΔt(4)1.240110.解析(1)該游標卡尺的讀數(shù)為(4+7×0.05)mm=4.35mm;(2)不管滑塊P從圓弧面上怎樣釋放都可以用光電門A測