2024-2025學(xué)年高二物理選擇性必修第一冊（配粵教版）分層作業(yè)4 動量守恒定律的驗(yàn)證

分層作業(yè)4動量守恒定律的驗(yàn)證A組必備知識基礎(chǔ)練1.某同學(xué)用如圖甲所示裝置驗(yàn)證動量守恒定律.主要實(shí)驗(yàn)步驟如下:甲①將斜槽固定在水平桌面上,調(diào)整末端切線水平;②將白紙固定在水平地面上,白紙上面放上復(fù)寫紙;③用重垂線確定斜槽末端在水平地面上的投影點(diǎn)O;④讓小球A緊貼定位卡由靜止釋放,記錄小球的落地點(diǎn),重復(fù)多次,確定落點(diǎn)的中心位置Q;⑤將小球B放在斜槽末端,讓小球A緊貼定位卡由靜止釋放,記錄兩小球的落地點(diǎn),重復(fù)多次,確定A、B兩小球落點(diǎn)的中心位置P、R;⑥用刻度尺測量P、Q、R距O點(diǎn)的距離s1、s2、s3;⑦用天平測量小球A、B質(zhì)量m1、m2;⑧分析數(shù)據(jù),驗(yàn)證等式m1s2=m1s1+m2s3是否成立,從而驗(yàn)證動量守恒定律.請回答下列問題:(1)步驟⑤與步驟④中定位卡的位置應(yīng);

(2)圖乙是步驟⑥的示意圖.該同學(xué)為完成步驟⑧設(shè)計(jì)了下列表格,并進(jìn)行了部分填寫,請將其補(bǔ)充完整.乙物理量碰前碰后m/gm1=17.0m1=17.0,m2=5.8s/cms2=54.35s1=,s3=79.75

ms/(g·cm)m1s2=923.95m1s1+m2s3=

2.如圖甲所示,在做驗(yàn)證動量守恒定律的實(shí)驗(yàn)時,小車M的前端粘有橡皮泥,推動小車M使之運(yùn)動,與原來靜止在前方的小車N相碰并粘合成一體后,繼續(xù)向前運(yùn)動,在小車M后連著紙帶,打點(diǎn)計(jì)時器電源頻率為50Hz,長木板右端下面墊放小木片以平衡摩擦力.甲乙(1)獲得的紙帶如圖乙所示,測出的各計(jì)數(shù)點(diǎn)間距已標(biāo)在圖上.A為運(yùn)動起始的第一點(diǎn),則應(yīng)選段來計(jì)算小車M的碰前速度,應(yīng)選段來計(jì)算小車M和小車N碰后的共同速度.(均選填“AB”“BC”“CD”或“DE”)

(2)已測得小車M的質(zhì)量mM=0.30kg,小車N的質(zhì)量為mN=0.20kg,由以上測量結(jié)果可得碰前系統(tǒng)總動量為kg·m/s,碰后系統(tǒng)總動量為kg·m/s.

(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)論:在誤差允許的范圍內(nèi),小車M、N組成的系統(tǒng)碰撞前后總動量(選填“守恒”或“不守恒”).

3.(2024廣東廣州模擬)驗(yàn)證動量守恒定律的裝置如圖甲所示,氣墊導(dǎo)軌上安裝了1、2兩個光電門,兩滑塊上均固定一相同的豎直遮光條.甲(1)用游標(biāo)卡尺測得遮光條的寬度如圖乙所示,其讀數(shù)為cm;

乙(2)實(shí)驗(yàn)前,接通氣源后,在導(dǎo)軌上輕放一個滑塊,給滑塊一初速度,使它從軌道左端向右運(yùn)動,發(fā)現(xiàn)滑塊通過光電門1的時間小于通過光電門2的時間.為使導(dǎo)軌水平,可調(diào)節(jié)Q使軌道右端(選填“升高”或“降低”)一些;

(3)調(diào)整導(dǎo)軌水平后,測出滑塊A和遮光條的總質(zhì)量為m1,滑塊B和遮光條的總質(zhì)量為m2.將滑塊A靜置于兩光電門之間,將滑塊B靜置于光電門2右側(cè),推動B,使其獲得水平向左的速度,經(jīng)過光電門2并與A發(fā)生碰撞且被彈回,再次經(jīng)過光電門2.光電門2先后記錄的擋光時間為Δt1、Δt2,光電門1記錄的擋光時間為Δt3,遮光條的寬度為d.則滑塊A通過光電門1的速度大小為.小明想用上述物理量驗(yàn)證該碰撞過程動量守恒,則他要驗(yàn)證的關(guān)系式是.

4.如圖所示為“驗(yàn)證動量守恒定律”的實(shí)驗(yàn)裝置,實(shí)驗(yàn)中選取兩個半徑相同、質(zhì)量不等的小球,按下面步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn):①用天平測出兩個小球的質(zhì)量分別為m1和m2;②安裝實(shí)驗(yàn)裝置,將斜槽AB固定在桌邊,使槽的末端切線水平,再將一斜面BC連接在斜槽末端;③先不放小球m2,讓小球m1從斜槽頂端A處由靜止釋放,標(biāo)記小球在斜面上的落點(diǎn)位置P;④將小球m2放在斜槽末端B處,仍讓小球m1從斜槽頂端A處由靜止釋放,兩球發(fā)生碰撞,分別標(biāo)記小球m1、m2在斜面上的落點(diǎn)位置;⑤用毫米刻度尺測出各落點(diǎn)位置到斜槽末端B的距離.圖中M、P、N點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)過程中記下的小球在斜面上的三個落點(diǎn)位置,從M、P、N到B點(diǎn)的距離分別為sM、sP、sN.依據(jù)上述實(shí)驗(yàn)步驟,請回答下面問題:(1)BC斜面的傾角(選填“需要”或“不需要”)測出;

(2)用實(shí)驗(yàn)中測得的數(shù)據(jù)來表示,只要滿足關(guān)系式,就能說明兩球碰撞前后動量是守恒的;

(3)某同學(xué)想用上述數(shù)據(jù)來驗(yàn)證碰撞前后機(jī)械能是否守恒,寫出需要驗(yàn)證的關(guān)系式:.

5.某實(shí)驗(yàn)小組做“驗(yàn)證動量守恒定律”實(shí)驗(yàn)的裝置如圖所示,彈性球1用細(xì)線懸掛于O點(diǎn),O點(diǎn)下方桌子的邊緣有一豎直立柱.實(shí)驗(yàn)時,調(diào)節(jié)懸點(diǎn),使小球1與放置在光滑支撐桿上的直徑相同的小球2發(fā)生對心碰撞,碰后小球1繼續(xù)向左擺動到B點(diǎn),小球2做平拋運(yùn)動落到c點(diǎn).又測得A點(diǎn)離水平桌面的距離為a,B點(diǎn)離水平桌面的距離為b,立柱離水平桌面的距離為h,已知彈性小球1的質(zhì)量m1.(1)為完成實(shí)驗(yàn),還需要測量的物理量有、、.(說明表示相應(yīng)物理量的字母)

(2)根據(jù)測量的數(shù)據(jù),該實(shí)驗(yàn)中動量守恒的表達(dá)式為(忽略小球的大小).

B組關(guān)鍵能力提升練6.(2024廣東梅州高二?？茧A段練習(xí))在“探究碰撞中的不變量”實(shí)驗(yàn)中,通過碰撞后做平拋運(yùn)動測量速度的方法來進(jìn)行實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示.(1)實(shí)驗(yàn)中兩個小球的質(zhì)量大小關(guān)系是m1(選填“大于”或“等于”)m2.

(2)在不放小球m2時,小球m1從斜槽某處由靜止開始滾下,m1的落點(diǎn)在圖中的點(diǎn),把小球m2放在斜槽末端邊緣處,小球m1從斜槽相同位置處由靜止開始滾下,使它們發(fā)生碰撞,碰后小球m1的落點(diǎn)在圖中的點(diǎn).

(3)關(guān)于本實(shí)驗(yàn),下列說法正確的是(填字母代號).

A.斜槽必須足夠光滑且安裝時末端必須保持水平B.小球每次都必須從斜槽上的同一位置靜止釋放C.必須測量出斜槽末端到水平地面的高度D.實(shí)驗(yàn)中需要用到秒表測量小球空中飛行的時間(4)用刻度尺測量M、P、N距O點(diǎn)的距離依次為x1、x2、x3,通過驗(yàn)證等式是否成立,從而驗(yàn)證動量守恒定律(填字母代號).

A.m2x2=m2x1+m1x3B.m1x1=m2x2+m3x3C.m1x2=m1x1+m2x3D.m2x1=m2x2+m1x37.(2024廣東廣州高二月考)某實(shí)驗(yàn)小組采用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置做“驗(yàn)證動量守恒定律”實(shí)驗(yàn).在水平桌面上放置氣墊導(dǎo)軌,導(dǎo)軌上安裝光電計(jì)時器1和光電計(jì)時器2,帶有遮光片的滑塊A、B的質(zhì)量分別為mA、mB,兩遮光片沿運(yùn)動方向的寬度均為d,實(shí)驗(yàn)過程如下:①調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌成水平狀態(tài);②輕推滑塊A,測得滑塊A通過光電計(jì)時器1的遮光時間為t1;③滑塊A與滑塊B相碰后,滑塊B和滑塊A先后經(jīng)過光電計(jì)時器2的遮光時間分別為t2和t3.(1)實(shí)驗(yàn)中為確保兩滑塊碰撞后滑塊A不反向運(yùn)動,則mA(選填“大于”“等于”或“小于”)mB.

(2)碰前滑塊A的速度大小為.

(3)利用題中所給物理量的符號表示動量守恒定律成立的公式為.8.在“驗(yàn)證動量守恒定律”實(shí)驗(yàn)中,實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示,按照以下步驟進(jìn)行操作:①在平木板表面釘上白紙和復(fù)寫紙,并將該木板豎直立于緊靠槽口處,將小球a從斜槽軌道上固定點(diǎn)處由靜止釋放,撞到木板上并在白紙上留下痕跡O;②將木板水平向右移動一定距離并固定,再將小球a從固定點(diǎn)處由靜止釋放,撞到木板上得到痕跡B;③把小球b靜止放在斜槽軌道水平段的最右端,讓小球a仍從固定點(diǎn)處由靜止釋放,和小球b相碰后,兩球撞在木板上得到痕跡A和C.(1)下列措施可減小實(shí)驗(yàn)誤差的是.

A.斜槽軌道必須是光滑的B.每次實(shí)驗(yàn)均重復(fù)幾次后,再記錄平均落點(diǎn)C.a球和b球的半徑和質(zhì)量滿足ra=rb和ma<mb(2)為完成本實(shí)驗(yàn),必須測量的物理量有.

A.a球開始釋放的高度hB.木板水平向右移動的距離LC.a球和b球的質(zhì)量ma、mbD.O點(diǎn)到A、B、C三點(diǎn)的距離y1、y2、y3(3)只要驗(yàn)證等式成立,即表示碰撞中動量守恒[用(2)中測量的物理量表示].

9.某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個用電磁打點(diǎn)計(jì)時器驗(yàn)證動量守恒定律的實(shí)驗(yàn):在小車M的前端粘有橡皮泥,推動小車M使之做勻速直線運(yùn)動,然后與原來靜止在前方的小車N相碰并粘合成一體,繼續(xù)做勻速直線運(yùn)動.他設(shè)計(jì)的裝置如圖甲所示,在小車M后連著紙帶,電磁打點(diǎn)計(jì)時器所用電源頻率為50Hz,長木板下墊著薄木片以補(bǔ)償摩擦力.(1)若已測得打點(diǎn)紙帶如圖乙所示,并測得各計(jì)數(shù)點(diǎn)間距(已標(biāo)在圖上).A為運(yùn)動的起點(diǎn),則應(yīng)選(選填“AB”“BC”“CD”或“DE”)段來計(jì)算小車M碰前的速度.

(2)已測得小車M的質(zhì)量m1=0.2kg,小車N的質(zhì)量為m2=0.1kg,則碰前兩小車的總動量為kg·m/s,碰后兩小車的總動量為kg·m/s.

答案：1.答案(1)保持不變(2)26.50913.05解析(1)為使入射球到達(dá)斜槽末端時的速度相等,應(yīng)從同一位置由靜止釋放入射球,即步驟⑤與步驟④中定位卡的位置應(yīng)保持不變.(2)由圖乙所示刻度尺可知,其分度值為1mm,則s1=26.50cm,由表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知m1s1+m2s3=17.0×26.50g·cm+5.8×79.75g·cm=913.05g·cm.2.答案(1)BCDE(2)1.0351.03(3)守恒解析(1)車由靜止開始運(yùn)動,故小車有個加速過程,在碰撞前做勻速直線運(yùn)動,即在相同的時間內(nèi)通過的位移相同,故BC段為勻速運(yùn)動的階段,故選BC段計(jì)算碰前的速度.碰撞過程是一個變速運(yùn)動的過程,而小車M和小車N碰后共同運(yùn)動時做勻速直線運(yùn)動,在相同的時間內(nèi)通過相同的位移,故應(yīng)選DE段來計(jì)算碰后的共同速度.(2)系統(tǒng)的動量即碰前小車M的動量p1=mMv0=0.30×0.34505×0.02kg·碰后的總動量p2=(mM+mN)v2=0.50×0.20605×0.02kg·m/s(3)在誤差允許的范圍內(nèi),小車M、N組成的系統(tǒng)碰撞前后總動量守恒.3.答案(1)1.345(2)降低(3)d解析(1)圖中游標(biāo)卡尺讀數(shù)為1.3cm+9×0.05mm=1.345cm.(2)滑塊通過光電門1的時間小于通過光電門2的時間,說明滑塊從光電門1到光電門2為減速運(yùn)動,則右端較高,因此可調(diào)節(jié)Q使軌道右端降低.(3)滑塊A通過光電門1的速度大小v3=d若碰撞過程中動量守恒,取水平向左為正方向,根據(jù)公式有m2v1=m1v3-m2v2m2d1Δt1=m1整理得m24.答案(1)不需要(2)m1sP=m1sM+m(3)m1sP=m1sM+m2sN解析(1)m1>m2,兩球碰撞后,m2的速度比m1自由滾下時的速度大,m1的速度減小,因此m1落到M點(diǎn),而m2落到N點(diǎn).設(shè)斜面傾角為θ,物體落到斜面上距離拋出點(diǎn)s時,根據(jù)平拋運(yùn)動規(guī)律有ssinθ=12gt2,scosθ=vt,整理得v=sg碰撞過程中滿足動量守恒m1v0=m1v1+m2v2②小球都做平拋運(yùn)動,由①式結(jié)論可得v0=sPgcos2θ2sinθ,v代入②式整理得m1sP=m1sM+m2sN,(2)由(1)的分析可知,只要滿足關(guān)系式m1sP=m1sM+m2就能說明兩球碰撞前后動量是守恒的.(3)若機(jī)械能守恒,則滿足12m1v02=12m將速度表達(dá)式代入可得m1sP=m1sM+m2sN.5.答案(1)彈性球2的質(zhì)量m2C點(diǎn)與桌子邊沿間的水平距離C桌面離水平地面的高度H(2)2m1a-h=2m1b-解析(1)小球1下擺過程中機(jī)械能守恒,則有m1g(a-h)=12m1v02,解得v0=2g(a-h),碰后小球1繼續(xù)向左擺動,機(jī)械能守恒,則有m1g(b-h)=12m1v12,解得v1=2g(b-h),碰撞后球2做平拋運(yùn)動,則有c=v2t,H+h=12gt2,解得v2=cg2(H+h),碰撞過程系統(tǒng)動量守恒,以向左為正方向,由動量守恒定律得m1v0=m1v1+m2v2,代入求得的三個速度,則有m12g(a-h)=m12g(2)由以上分析可知,該實(shí)驗(yàn)中動量守恒的表達(dá)式為2m1a-h=2m1b-h+m26.答案(1)大于(2)PM(3)B(4)C解析(1)為了保證入射小球碰撞后不反彈,入射球的質(zhì)量要大于被碰小球的質(zhì)量.(2)小球m1從斜槽某處由靜止開始滾下,m1的落點(diǎn)在圖中的P點(diǎn),小球m1和小球m2相撞后,小球m2的速度增大,小球m1的速度減小,都做平拋運(yùn)動,所以碰撞后m1球的落地點(diǎn)是M點(diǎn),m2球的落地點(diǎn)是N點(diǎn).(3)斜槽末端一定要水平,只要入射小球每次釋放的位置相同,就能使得每次碰撞前的速度相同,與斜槽是否光滑無關(guān),故A錯誤;為保證每次碰撞前入射小球的速度相同,入射小球每次必須從斜槽上的同一位置由靜止釋放,故B正確;由于兩小球每次都是從同一位置開始做平拋運(yùn)動,小球在空中飛行時間相同,小球的水平射程能夠反映小球的速度大小,所以實(shí)驗(yàn)中不用測量斜槽末端到水平地面的高度和時間,故C、D錯誤.(4)若動量守恒,取向右為正方向,則有m1v0=m1v1+m2v2,均乘時間得m1x2=m1x1+m2x3,故選C.7.答案(1)大于(2)dt1解析(1)滑塊A和滑塊B發(fā)生碰撞,用質(zhì)量大的滑塊A碰質(zhì)量小的滑塊B,則不會發(fā)生反彈,所以mA>mB.(2)滑塊經(jīng)過光電計(jì)時器時做勻速運(yùn)動則碰前滑塊A的速度為vA=dt(3)碰后滑塊A的速度vA'=d碰后滑塊B的速度vB'=d由動