高中物理人教版 (2019)選擇性必修第一冊4 實驗：驗證動量守恒定律課后測評-試卷下載-教習(xí)網(wǎng)

?微專題51　實驗：驗證動量守恒定律
1．無論采用哪一種實驗方案進行驗證，都要弄清楚實驗的原理是什么，需要測量哪些物理量.2.熟悉常用的速度的測量方法：打點紙帶、光電門、速度傳感器、位移替代法等．
1．用如圖所示的裝置可以驗證動量守恒定律，在滑塊A和B相碰的端面上裝上彈性碰撞架，它們的上端裝有等寬的擋光片．

(1)實驗前需要調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌水平，借助光電門來檢驗氣墊導(dǎo)軌是否水平的方法是____________．
(2)為了研究兩滑塊所組成的系統(tǒng)在彈性碰撞和完全非彈性碰撞兩種情況下的動量關(guān)系，實驗分兩次進行．
第一次：將滑塊A置于光電門1的左側(cè)，滑塊B靜置于兩光電門間的某一適當(dāng)位置．給A一個向右的初速度，通過光電門1的時間為Δt1，A與B碰撞后又分開，滑塊A再次通過光電門1的時間為Δt2，滑塊B通過光電門2的時間Δt3.
第二次：在兩彈性碰撞架的前端貼上雙面膠，同樣讓滑塊A置于光電門1的左側(cè)，滑塊B靜置于兩光電門間的某一適當(dāng)位置．給A一個向右的初速度，通過光電門1的時間為Δt4，A與B碰撞后粘連在一起，通過光電門2的時間為Δt5.
為完成該實驗，還必須測量的物理量有________(填選項前的字母)．
A．擋光片的寬度d
B．滑塊A的總質(zhì)量m1
C．滑塊B的總質(zhì)量m2
D．光電門1到光電門2的距離L
(3)在第一次實驗中若滑塊A和B在碰撞的過程中，若滿足的表達式為________(用已知量和測量量表示)，則動量守恒．
(4)在第二次實驗中若滑塊A和B在碰撞的過程中，若滿足的表達式為________(用已知量和測量量表示)，則動量守恒．
答案　(1)使其中一個滑塊在導(dǎo)軌上運動，看滑塊經(jīng)過兩光電門的時間是否相等，若相等，則導(dǎo)軌水平　(2)BC　(3)m1＝－m1＋m2　(4)m1＝(m1＋m2)
解析　(1)使其中一個滑塊在導(dǎo)軌上運動，看滑塊經(jīng)過兩光電門的時間是否相等，若相等，則導(dǎo)軌水平．
(2)本實驗需要驗證動量守恒定律，所以在實驗中必須要測量質(zhì)量和速度，速度可以根據(jù)光電門的擋光時間求解，而質(zhì)量通過天平測出，同時，擋光片的寬度可以消去，所以不需要測量擋光片的寬度，故選B、C.
(3)在第一次實驗中，碰撞前A的速度為v0＝
碰撞后A的速度為vA＝－
B的速度為vB＝
在A、B碰撞過程中若滿足m1＝－m1＋m2
即m1＝－m1＋m2
則動量守恒．
(4)在第二次實驗中，碰撞后A、B速度相同，根據(jù)速度公式可知
v1＝，v2＝
A、B碰撞過程若滿足
m1＝(m1＋m2)
則動量守恒．
2．“探究碰撞中的不變量”的實驗裝置如圖甲所示．小車A前端貼有橡皮泥，后端連一穿過打點計時器的紙帶，接通打點計時器電源后，讓小車A以某速度做勻速直線運動，與置于木板上靜止的小車B相碰并粘在一起，繼續(xù)做勻速直線運動．已知打點計時器的電源周期為0.02 s.

(1)下列說法正確的是________．(填正確選項前的字母)
A．本實驗中應(yīng)盡可能減小摩擦力的影響
B．實驗時先推動小車A，再接通打點計時器電源
(2)若獲得的紙帶如圖乙所示，從a點開始，每5個點取一個計數(shù)點，其中a、b、c、d、e都為計數(shù)點，并測得相鄰計數(shù)點間距分別為ab＝20.3 cm、bc＝36.2 cm、cd＝25.1 cm、de＝20.5 cm，已測得小車A(含橡皮泥)的質(zhì)量mA＝0.4 kg，小車B(含撞針)的質(zhì)量mB＝0.3 kg.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.(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)
答案　(1)A　(2)1.45　1.44
解析　(1)本實驗中要盡可能減小摩擦力的影響，這樣可減小實驗誤差，故A正確；
實驗時應(yīng)先接通打點計時器電源，再推動小車A，故B錯誤．
(2)碰前小車A做勻速直線運動，速度由bc段求得v0＝
解得v0＝3.62 m/s
則碰前系統(tǒng)總動量p0＝mAv0≈1.45 kg·m/s
碰后A、B車一起做勻速直線運動，速度由de段求得v＝
解得v＝2.05 m/s
則碰后系統(tǒng)總動量p＝(mA＋mB)v≈1.44 kg·m/s.
3．某校同學(xué)利用如圖所示裝置驗證動量守恒定律．圖中，水平氣墊導(dǎo)軌上裝有光電門C和光電門D，滑塊A、B 放在導(dǎo)軌上，位置如圖所示．滑塊A的右側(cè)裝有彈性彈簧片，滑塊B的左側(cè)也裝有彈性彈簧片，兩滑塊上方都固定有寬度相同的遮光片，光電門C、D分別連接著光電計時器(未完全畫出)可以記錄遮光片通過光電門的時間．

實驗步驟：
A．測量滑塊A(含彈簧片、遮光片)的質(zhì)量mA、滑塊B(含彈簧片、遮光片)的質(zhì)量mB
B．測量滑塊A的遮光片的寬度d1、滑塊B的遮光片的寬度d2
C．給滑塊A 一個向右的瞬時沖量，觀察A的運動情況和A與B相碰后A、B各自的運動情況
D．記錄下與光電門C相連的光電計時器記錄的時間第一次時間ΔtC1、第二次時間ΔtC2
E．記錄下與光電門D相連的光電計時器記錄的時間ΔtD
實驗記錄：
mA
mB
d1
d2
ΔtC1
ΔtC2
ΔtD
100 g
300 g
1.00 cm
1.00 cm
2.500 ms
4.900 ms
5.100 ms

數(shù)據(jù)處理(請完成以下填空，所有結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)：
(1)碰撞前A的速度大小v0＝4.00 m/s，碰撞后A的速度大小v1＝________ m/s.
(2)碰撞前后A的動量變化量大小Δp＝________kg·m/s.
(3)碰撞后B的速度大小v2＝1.96 m/s.
(4)碰撞前后B的動量變化量大小Δp′＝0.588 kg·m/s.
(5)本實驗的相對誤差的絕對值可表達為δ＝||×100%，若δ≤5%，則可以認為系統(tǒng)動量守恒，本實驗中δ＝________.
答案　(1)2.04　(2)0.604　(5)2.65%
解析　(1)滑塊A在碰撞前、后的瞬時速度大小分別為v0、v1，則v0＝＝4.00 m/s；
v1＝＝ m/s≈2.04 m/s.
(2)碰撞前后A的動量變化量大小Δp＝mAv1－mA(－v0)＝0.604 kg·m/s.
(5)δ＝||×100%＝||×100%≈2.65%.
4．如圖甲所示，沖擊擺是一個用細線懸掛著的擺塊，彈丸擊中擺塊時陷入擺塊內(nèi)，使擺塊擺至某一高度，利用這種裝置可以測出彈丸的發(fā)射速度．

實驗步驟如下：
①用天平測出彈丸的質(zhì)量m和擺塊的質(zhì)量M；
②將實驗裝置水平放在桌子上，調(diào)節(jié)擺線的長度，使彈丸恰好能射入擺塊內(nèi)，并使擺塊擺動平穩(wěn)，同時用刻度尺測出擺長；
③讓擺塊靜止在平衡位置，扳動彈簧槍的扳機，把彈丸射入擺塊內(nèi)，擺塊和彈丸推動指針一起擺動，記下指針的最大偏角；
④多次重復(fù)步驟③，記錄指針最大偏角的平均值；
⑤換不同擋位測量，并將結(jié)果填入表中.
擋位
平均最大偏角θ/度
彈丸質(zhì)量m/kg
擺塊質(zhì)量M/kg
擺長l/m
彈丸的速度v/(m·s－1)
低速擋
15.7
0.007 65
0.078 9
0.270
5.03
中速擋
19.1
0.007 65
0.078 9
0.270
6.77
高速擋
θ
0.007 65
0.078 9
0.270
7.15

完成下列填空：
(1)現(xiàn)測得高速擋指針最大偏角如圖乙所示，請將表中數(shù)據(jù)補充完整：θ＝________.
(2)用上述測量的物理量表示發(fā)射彈丸的速度v＝________.(已知重力加速度為g)
(3)為減小實驗誤差，每次實驗前，并不是將指針置于豎直方向的零刻度處，常常需要試射并記下各擋對應(yīng)的最大指針偏角，每次正式射擊前，應(yīng)預(yù)置指針，使其偏角略小于該擋的最大偏角．請寫出這樣做的一個理由：________.
答案　(1)22.4(22.1～22.9均正確)　(2)　(3)見解析
解析　(1)分度值為1°，故讀數(shù)為22.4°.
(2)彈丸射入擺塊內(nèi)，系統(tǒng)動量守恒，則有mv＝(m＋M)v′，擺塊向上擺動，由機械能守恒定律得(m＋M)v′2＝(m＋M)gl(1－cos θ)，聯(lián)立解得v＝.
(3)以較大的速度碰撞指針，會損失較多的機械能(其他理由，如“擺塊在推動指針偏轉(zhuǎn)時要克服摩擦力做功”“指針擺動較長的距離損失的機械能較多”等，只要合理即可)．
5．某同學(xué)用如圖所示的實驗裝置驗證碰撞過程中動量守恒，圖中a、b是兩個半徑相等的小球．實驗步驟如下：

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斜槽軌道水平段槽口處，將小球a從斜槽軌道上某固定點由靜止釋放，撞到木板并在白紙上留下痕跡O；
②將木板向右平移一定距離并固定，再將小球a仍從固定點由靜止釋放，撞在木板上并在白紙上留下痕跡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仍從原固定點由靜止釋放，與小球b相碰，兩球撞在木板上并在白紙上留下痕跡A和C.
回答下列問題：(1)若碰撞過程中沒有機械能損失，為了保證碰撞后a球向右運動，a、b兩球的質(zhì)量m1與m2的大小關(guān)系是m1________m2(選填“>”“＝”或“　(2)b　(3)CD　(4) ＝＋　(5)能
解析　(1)在小球碰撞過程中根據(jù)動量守恒定律可得
m1v0＝m1v1＋m2v2
碰撞前后系統(tǒng)動能不變，故有
m1v02＝m1v12＋m2v22
解得v1＝v0
若要使a球的速度方向不變，應(yīng)滿足m1>m2.
(2)小球做平拋運動的時間t＝
則初速度為v＝＝x
可知平拋運動的初速度與下降高度二次方根的倒數(shù)成正比，碰后b球的速度較大，則下落高度h較小，痕跡A是小球b在白紙上留下的．
(3)據(jù)動量守恒定律可得m1v0＝m1v1＋m2v2
代入初速度與下落高度的關(guān)系可得＝＋
由上述表達式可知，需測量的物理量有a球和b球的質(zhì)量m1、m2和O點到A、B、C三點的豎直距離y1、y2、y3，故選C、D.
(4)在實驗誤差允許范圍內(nèi)，若關(guān)系式＝＋成立，則動量守恒．
(5)由實驗原理可知，若碰撞過程中有機械能損失，不影響碰撞過程動量守恒的驗證，故第(4)問中的關(guān)系式成立，能驗證碰撞過程中動量守恒．

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