《備考指南 物理 》課件-實驗7

第六章實驗七知識鞏固練習(xí)1．(多選)(2019年紅橋區(qū)二模)在“碰撞中的動量守恒”實驗中，儀器按要求安裝好后開始實驗，第一次不放被碰小球，第二次把被碰小球直接靜止放在斜槽末端的水平部分，在白紙上記錄下重錘位置和各小球落點的平均位置依次為O、A、B、C，如圖所示，設(shè)入射小球和被碰小球的質(zhì)量依次為m1、m2，則下列說法中正確的有()A．第一、二次入射小球的落點依次是A、BB．第一、二次入射小球的落點依次是B、AC．第二次入射小球和被碰小球?qū)⑼瑫r落地D．m1eq\x\to(AB)＝m2eq\x\to(OC)【答案】BCD【解析】入射小球和被碰小球相撞后，被碰小球的速度增大，入射小球的速度減小，碰前碰后都做平拋運動，高度相同，落地時間相同，所以B點是第一次時入射小球的落地點，A點是第二次入射小球的落地點，C點是被碰小球的落地點，故A錯誤，B正確；碰后兩小球都做平拋運動，豎直高度相同，所以第二次入射小球和被碰小球?qū)⑼瑫r落地，故C正確；小球做平拋運動，高度決定時間，故時間相等，設(shè)為t，則有eq\x\to(OB)＝v10t，eq\x\to(OA)＝v1t，eq\x\to(OC)＝v2t，被碰小球碰撞前靜止，即v20＝0，根據(jù)動量守恒得m1v10t＝m1v1t＋m2v2t，即m1eq\x\to(OB)＝m1eq\x\to(OA)＋m2eq\x\to(OC)，所以m1eq\x\to(AB)＝m2eq\x\to(OC)，故D正確．2．(2018年黃岡檢測)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．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)請完善實驗步驟⑥的內(nèi)容(填到步驟⑥橫線上)．(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)中兩結(jié)果不完全相等的主要原因是______________________________．【答案】(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【解析】(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．3．(2018年豐臺區(qū)二模)如圖所示，用“碰撞實驗器”可以驗證動量守恒定律，即研究兩個小球在軌道水平部分碰撞前后的動量關(guān)系．(1)若入射小球質(zhì)量為m1，半徑為r1；被碰小球質(zhì)量為m2，半徑為r2，為完成實驗需滿足________．A．m1＞m2，r1＞r2 B．m1＞m2，r1＜r2C．m1＞m2，r1＝r2 D．m1＜m2，r1＝r2(2)實驗中，不容易直接測定小球碰撞前后的速度，但是可以通過僅測量________(填選項前的字母)間接地解決這個問題．A．小球開始釋放高度hB．小球拋出點距地面的高度HC．小球做平拋運動的水平位移(3)圖中O點是小球拋出點在地面上的豎直投影，實驗時，先讓入射小球多次從斜軌上S位置由靜止釋放，找到其平均落地點的位置．然后把被碰小球靜置于軌道的水平部分末端，再將入射小球從斜軌上S位置由靜止釋放，多次重復(fù)，并找到碰撞后兩球落點的平均位置．用刻度尺分別測量三個落地點的平均位置離O點的距離，即線段OM、OP、ON的長度．入射小球的質(zhì)量為m1，被碰小球的質(zhì)量為m2，若滿足關(guān)系式____________，則兩球碰撞前后系統(tǒng)動量守恒．【答案】(1)C(2)C(3)m1OP＝m1OM＋m2ON綜合提升練習(xí)4．(2018年合肥模擬)某興趣小組設(shè)計了一個尋求碰撞前后不變量的實驗．實驗器材有：打點計時器、低壓交流電源(f＝50Hz)、紙帶、刻度尺、表面光滑的平直金屬軌道、帶撞針的小車甲、帶橡皮泥的小車乙、天平．該小組實驗的主要步驟有：A．用天平測出小車甲的質(zhì)量m1＝0.50kg，小車乙的質(zhì)量m2＝0.25kgB．更換紙帶重復(fù)操作三次C．接通電源，并給甲車一定的初速度v甲D．將平直軌道放在水平桌面上，在其一端固定打點計時器，連接電源E．將小車甲靠近打點計時器放置，在車后固定紙帶，將小車乙靜止地放在平直軌道中間位置(1)上述實驗步驟合理的順序為__________．(2)從打下的紙帶中，選取比較理想的一條，如下圖所示，請補充完成下表(均保留2位有效數(shù)字)．甲車乙車甲乙整體m/kg0.500.250.75v/(m·s－1)0eq\f(v,m)0mv0mv20(3)根據(jù)以上數(shù)據(jù)尋找出碰撞前后不變量的表達式為__________________．【答案】(1)ADECB(2)見解析(3)m甲v甲＋m乙v乙＝(m甲＋m乙)v共【解析】(1)在實驗中首先需要測量出兩滑塊的質(zhì)量，然后再安裝裝置，安裝時先要將軌道放置在桌面上，然后將小車放在軌道上，并且靠近打點計時器，接通電源后開始實驗，要注意多次重復(fù)實驗，故步驟為：ADECB．(2)將數(shù)據(jù)寫入如下表格：甲車乙車甲乙整體m/kg0.500.250.75v/(m·s－1)3.002.0eq\f(v,m)6.002.7mv1.501.5mv24.503.0(3)根據(jù)表格數(shù)據(jù)可知，守恒的量應(yīng)是mv，故表達式為m甲v甲＋m乙v乙＝(m甲＋m乙)v共．5．(2019年豐城名校期中)兩位同學(xué)用如圖甲所示裝置，通過半徑相同的A、B兩球的碰撞來驗證動量守恒定律．甲乙(1)實驗中必須滿足的條件是________．A．斜槽軌道盡量光滑以減小誤差B．斜槽軌道末端的切線必須水平C．入射球A每次必須從軌道的同一位置由靜止?jié)L下D．兩球的質(zhì)量必須相等(2)測量所得入射球A的質(zhì)量為mA，被碰撞小球B的質(zhì)量為mB，圖甲中O點是小球拋出點在水平地面上的垂直投影，實驗時，先讓入射球A從斜槽上的起始位置由靜止釋放，找到其平均落點的位置P，測得平拋射程為OP；再將入射球A從斜槽上起始位置由靜止釋放，與小球B相撞，分別找到球A和球B相撞后的平均落點M、N，測得平拋射程分別為OM和ON.當所測物理量滿足表達式____________________時，即說明兩球碰撞中動量守恒；如果滿足表達式____________________時，則說明兩球的碰撞為完全彈性碰撞．(3)乙同學(xué)也用上述兩球進行實驗，但將實驗裝置進行了改裝：如圖乙所示，將白紙、復(fù)寫紙固定在豎直放置的木條上，用來記錄實驗中球A、球B與木條的撞擊點．實驗時，首先將木條豎直立在軌道末端右側(cè)并與軌道接觸，讓入射球A從斜軌上起始位置由靜止釋放，撞擊點為B′；然后將木條平移到圖中所示位置，入射球A從斜軌上起始位置由靜止釋放，確定其撞擊點P′；再將入射球A從斜軌上起始位置由靜止釋放，與球B相撞，確定球A和球B相撞后的撞擊點分別為M′和N′.測得B′與N′、P′、M′各點的高度差分別為h1、h2、h3.若所測物理量滿足表達式____________________時，則說明球A和球B碰撞中的動量守恒．【答案】(1)BC(2)mAOP＝mAOM＋mBONmAOP2＝mAOM2＋mBON2(3)eq\f(mA,\r(h2))＝eq\f(mA,\r(h3))＋eq\f(mB,\r(h1))【解析】(1)“驗證動量守恒定律”的實驗中，是通過平拋運動的基本規(guī)律求解碰撞前后的速度的，只要離開軌道后做平拋運動即可，對斜槽是否光滑沒有要求，故A錯誤；要保證每次小球都做平拋運動，則軌道的末端必須水平，故B正確；要保證碰撞前的速度相同，所以入射球每次都要從同一高度由靜止?jié)L下，故C正確；為了使小球碰后不被反彈，要求入射小球質(zhì)量大于被碰小球質(zhì)量，故D錯誤．(2)小球離開軌道后做平拋運動，由于小球拋出點的高度相同，它們在空中的運動時間t相等，它們的水平位移x與其初速度成正比，可以用小球的水平位移代替小球的初速度，若兩球相碰前后的動量守恒，則mAv0＝mAv1＋mBv2，又OP＝v0t，OM＝v1t，ON＝v2t，代入得mAOP＝mAOM＋mBON，若碰撞是彈性碰撞，則機械能守恒，由機械能守恒定律得eq\f(1,2)mAveq\o\al(2,0)＝eq\f(1,2)mAveq\o\al(2,1)＋eq\f(1,2)mBveq\o\al(2,2)，將OP＝v0t，OM＝v1t，ON＝v2t代入得mAOP2＝mAOM2＋mBON2.(3)小球做平拋運動，在豎直方向上h＝eq\f(1,2)gt2，平拋運