選擇性必修第一冊第一章動量守恒定律4 實驗：驗證動量守恒定律優(yōu)秀課后練習(xí)題-試卷下載-教習(xí)網(wǎng)

?1.4 實驗：驗證動量守恒定律
基礎(chǔ)知識梳理

實驗?zāi)康?br /> 驗證碰撞中的動量守恒定律。
實驗原理
質(zhì)量為m1和m2的兩個小球發(fā)生正碰，若碰前m1運動，m2靜止，碰后根據(jù)動量守恒定律應(yīng)有。因小球從斜槽上滾下后做平拋運動，由平拋運動知識可知，只要小球下落的高度相同，在落地前運動的時間就相同；若小球的水平速度用飛行時間做時間單位，在數(shù)值上就等于小球飛出的水平距離。所以只要測出小球的質(zhì)量及兩球碰撞后和入射球不發(fā)生碰撞飛出的水平距離，代入公式就可驗證動量守恒定律。
實驗器材
碰撞實驗器、白紙、復(fù)寫紙、天平一臺、刻度尺、圓規(guī)。
實驗步驟
1.先用天平測出小球質(zhì)量m1、m2。
2.按圖1那樣安裝好實驗裝置，將斜槽固定在桌邊，使槽的末端切線水平，把被碰小球放在斜槽水平方向的末端，調(diào)節(jié)實驗裝置使兩小球碰時處于同一水平高度，且碰撞瞬間，入射球和被碰球的球心連線與軌道末端的切線平行，以確保碰撞后的速度方向水平。
3.在地上鋪一張白紙，白紙上鋪放復(fù)寫紙。
4.在白紙上記下重錘線所指的位置O，它表示入射球m1碰前的位置。
5.先不放被碰小球，讓入射小球從斜槽上同一高度處自由滾下，重復(fù)10次，用圓規(guī)畫盡可能小的圓把所有的小球落點圈在里面，圓心就是入射球碰撞前的落地點P。
6.把被碰小球放在斜槽前端邊緣處，讓入射小球從原來的高度滾下，使它們發(fā)生碰撞，重復(fù)10次，仿步驟5求出入射小球落點的平均位置M和被碰小球落點的平均位置N。
7.用刻度尺量出線段OM、OP、ON的長度。把兩小球的質(zhì)量和相應(yīng)的速度數(shù)值代入m1OP=m1OM＋m2ON，看是否成立。
8.整理實驗器材放回原處。
注意事項
1.斜槽末端的切線必須水平。
2.入射小球每次都必須從斜槽同一高度由靜止釋放。
3.入射球質(zhì)量應(yīng)大于被碰球的質(zhì)量。
4.實驗過程中實驗桌、斜槽、記錄的白紙的位置要始終保持不變。
誤差分析
實驗所研究的過程是兩個不同質(zhì)量的金屬球發(fā)生水平正碰，因此“水平”和“正碰”是操作中應(yīng)盡量予以滿足的前提條件。實驗中兩球球心高度不在同一水平面上，給實驗帶來誤差。每次靜止釋放入射小球的釋放點越高，兩球相碰時內(nèi)力越大，動量守恒的誤差越小，應(yīng)進行多次碰撞，落點取平均位置來確定，以減小偶然誤差。
典型例題分析

考點一：驗證動量守恒定律的實驗?zāi)康?、原理、器?br /> 【例1】在“探究碰撞中的不變量”實驗中，通過碰撞后做平拋運動測量速度的方法來進行實驗，實驗裝置如圖甲所示，實驗原理如圖乙所示。

（1）實驗室有如下A、B、C三個小球，則入射小球應(yīng)該選取______進行實驗（填字母代號）；
A．???????B．???????C．
（2）關(guān)于本實驗，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．實驗中需要用到秒表測量小球空中飛行的時間
（3）用刻度尺測量M、P、N距O點的距離依次為、、，通過驗證等式______是否成立，從而驗證動量守恒定律（填字母代號）。
A．???????B．
C．???????D．
【變式練習(xí)】（1）某實驗小組用氣墊導(dǎo)軌做驗證動量守恒定律的實驗，實驗裝置如圖1所示。用天平測得滑塊1（包括擋光片）的質(zhì)量為，滑塊2的質(zhì)量為，若某次用螺旋測微器測量擋光片寬度時的示數(shù)如圖2所示，則其讀數(shù)為_____mm；
（2）將滑塊1向左彈出，與靜止的滑塊2發(fā)生碰撞，碰撞后兩滑塊粘在一起。與光電門1、2相連的計時器測得的擋光時間分別為和，該實驗要驗證動量守恒定律，則只需驗證_________（用、、、表示）。

考點二：驗證動量守恒定律的實驗?zāi)坎襟E和數(shù)據(jù)處理
【例2】用如圖所示的裝置，來完成“驗證動量守恒定律”的實驗。實驗中使用的小球1和2半徑相等，用天平測得質(zhì)量分別為m1、m2，且m1> m2。在水平木板上鋪一張白紙，白紙上面鋪放復(fù)寫紙，記下重錘線所指的位置O。先不放小球2，使小球1從斜槽上某一點S由靜止?jié)L下，落到水平木板上的P點。再把小球2靜置于斜槽軌道末端，重復(fù)上述操作，小球1和小球2碰撞后分別落在水平木板上，在白紙上留下各自落點的痕跡。

（1）實驗中，直接測定小球碰撞前后的速度是不容易的，可以通過測量小球做平拋運動的水平射程來解決這個問題，確定碰撞前后落點的位置P、M、N，用刻度尺測量出水平射程OP、OM、ON。
①本實驗必須滿足的條件是______；
A．斜槽軌道必須是光滑的
B．斜槽軌道末端必須是水平的
C．小球1每次必須從同一位置由靜止釋放
②若兩球相碰前后的動量守恒，其表達式為OP＝______。（用m1、m2、OM、ON表示）
（2）在上述實驗中換用不同材質(zhì)的小球，其它條件不變，記錄下小球的落點位置。下面三幅圖中，可能正確的是______。
A． B． C．
【變式練習(xí)】某物理興趣小組利用如圖所示的裝置“探究動量守恒定律”，AB是傾角大小可以調(diào)節(jié)的長木板，BC是氣墊導(dǎo)軌（氣墊導(dǎo)軌可看成光滑軌道），忽略小球通過B點時的速度變化，光電門1與光電門2固定在氣墊導(dǎo)軌BC上。

（1）將質(zhì)量為m、直徑為d1的小球a從長木板上的位置O1由靜止釋放，小球a通過光電門1、2的擋光時間分別為Δt1與Δt2，當(dāng)___________時，表明氣墊導(dǎo)軌已調(diào)至水平位置。
（2）將質(zhì)量為3m、直徑為d2的小球b靜置于氣墊導(dǎo)軌上的位置O2，使小球a從長木板上的位置O1由靜止釋放，小球a先后通過光電門的擋光時間分別為Δt3與Δt4，小球b通過光電門的擋光時間為Δt5。
①若小球a、b碰撞過程動量守恒，則必須滿足的關(guān)系式為___________；
②若小球a、b發(fā)生的是彈性碰撞，則___________；
（3）若小球a、b發(fā)生的是彈性碰撞，該小組成員設(shè)想，如果保持小球a的直徑d1不變，逐漸增大小球a的質(zhì)量，則碰撞之前小球a的擋光時間Δt6與碰撞之后小球b的擋光時間Δt7的比值逐漸趨近于___________。
考點三：驗證動量守恒定律的注意事項和誤差分析
【例3】用如圖所示的裝置來驗證動量守恒定律，安裝實驗儀器，滿足兩個小球碰撞過程中動量守恒的條件，結(jié)合裝置圖，并回答下列問題：

（1）按圖所示安裝實驗儀器，通過______使斜槽末端處于水平，鋼球輕放在上面能保持______；
（2）用______測量入射小球的質(zhì)量、靶球的質(zhì)量，兩個小球的質(zhì)量要滿足______（填“＞”“＝”或“＜”）；
（3）每次都要控制入射球從______的高度自由滑下，用重錘線在白紙上分別標(biāo)注斜槽的水平端口O和靶球的初位置（支球柱）在白紙上的投影，用刻度尺測出入射小球兩次落地點P、M與O的距離s和s1，靶球落地點N與的距離s2；
（4）若方程式______（用、、s、s1、s2來表示）成立，可驗證碰撞中的動量守恒；若方程式______（用s、s1、s2來表示）成立，說明兩小球發(fā)生了彈性碰撞。
【變式練習(xí)】利用圖（a）所示的裝置驗證動量守恒定律.在圖（a）中，氣墊導(dǎo)軌上有A、B兩個滑塊，滑塊A右側(cè)帶有一彈簧片，左側(cè)與打點計時器（圖中未畫出）的紙帶相連；滑塊B左側(cè)也帶有一彈簧片，上面固定一遮光片，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。實驗測得滑塊A質(zhì)量，滑塊B的質(zhì)量，遮光片的寬度；打點計時器所用的交流電的頻率為，將光電門固定在滑塊B的右側(cè)，啟動打點計時器，給滑塊A一向右的初速度，使它與B相碰；碰后光電計時器顯示的時間為，碰撞前后打出的紙帶如圖（b）所示。
（1）兩滑塊碰撞前A滑塊的速度大小為______m/s，兩滑塊碰撞后B滑塊的速度大小為______m/s；
（2）碰撞前的兩滑塊的總動量大小為______kg·m/s；碰撞后的兩滑塊的總動量大小為______kg·m/s；（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）
（3）若實驗允許的相對誤差絕對值（×100%）最大為5%，試計算本實驗相對誤差為______%。
（4）本實驗方法是否可以驗證動量守恒定律，并說明理由______。

課后小練

一、單選題
1．以下四個實驗中都要用到小球或者重錘，實驗中必需測定小球或重錘質(zhì)量的是（　?。?br /> A．驗證機械能守恒定律 B．用單擺測定重力加速度
C．驗證動量守恒定律 D．研究平拋物體的運動
2．在“利用氣墊導(dǎo)軌驗證動量守恒定律”的實驗中，用到的測量工具有（　?。?br /> A．停表、天平、刻度尺
B．彈簧測力計、停表、天平
C．天平、刻度尺、光電計時器
D．停表、刻度尺、光電計時器
3．利用氣墊導(dǎo)軌做“探究碰撞中的不變量”的實驗時，不需要測量的物理量是（　?。?br /> A．滑塊的質(zhì)量 B．擋光時間
C．擋光片的寬度 D．滑塊移動的距離
4．某學(xué)習(xí)小組用如圖所示的裝置來驗證碰撞中的動量守恒，實驗中先從某一高度處單獨釋放質(zhì)量為的小球a，標(biāo)記下小球a撞擊在擋板上的位置M，再在水平軌道上放上質(zhì)量為的小球b，從同一高度釋放小球a，標(biāo)記兩球撞擊擋板的位置P、N，關(guān)于本實驗下列說法正確的是（　?。?br />
A．位置N為小球b撞擊擋板的位置
B．兩小球從碰撞后至撞擊擋板的過程中在空中運動的時間相同
C．小球離開軌道后下落的高度越大則小球的離開軌道時的速度越大
D．該實驗中可用來反映小球a的初動量
5．某中學(xué)實驗小組的同學(xué)在“探究碰撞中的不變量”時，利用了如圖所示的實驗裝置進行探究，下列說法正確的是（　?。?br />
A．要求斜槽一定是光滑
B．斜槽的末端必須水平
C．入射球每次釋放點的高度可以任意調(diào)
D．入射球的質(zhì)量必須與被碰球的質(zhì)量相等
6．在驗證碰撞中的動量守恒的實驗中，關(guān)于入射小球在斜槽軌道上釋放點的高低對實驗影響，下列說法正確的是（　?。?br /> A．釋放點越低，小球受阻力越小，入射小球速度越小，誤差越小
B．釋放點越低，兩球碰后水平位移越小，水平位移測量的相對誤差越小，兩球速度測量值越精確
C．釋放點越高，兩球相碰時，相互作用的內(nèi)力越大，碰撞前后動量之差越小，誤差越小
D．釋放點越高，入射小球?qū)Ρ慌鲂∏虻淖饔昧υ酱?，支柱對被碰小球的阻力越?br /> 7．利用實驗研究兩個金屬小球a、b的碰撞。如圖所示,將斜槽固定在平臺上，使斜槽的末端水平。讓質(zhì)量較大的小球a(入射小球)從斜槽上滾下,跟放在斜槽末端的大小相同、質(zhì)量較小的小球b(被碰小球)發(fā)生正碰。將兩個金屬小球的碰撞視為彈性碰撞。下列說法正確的是

A．碰后小球a的速度大于小球b的速度
B．碰后小球b的動量等于碰前小球a的動量
C．只增大入射小球a的質(zhì)量，碰后兩球落地點到O的距離均增大
D．如果碰撞過程是非彈性碰撞，則碰撞過程兩球動量不守恒
8．在“驗證動量守恒定律”的實驗中,入射球每次滾下都應(yīng)從斜槽上的同一位置無初速釋放,這是為了使( ? )
A．小球每次都能水平飛出槽口
B．小球每次都以相同的速度飛出槽口
C．小球在空中飛行的時間不變
D．小球每次都能對心碰撞
二、多選題
9．在用氣墊導(dǎo)軌 “驗證動量守恒定律” 時，不需要測量的物理量是（　?。?br /> A．滑塊的質(zhì)量 B．擋光片的寬度
C．擋光的時間 D．光電門的高度
10．如圖所示為“驗證動量守恒定律”的實驗裝置，下列說法正確的是（?????）

A．懸掛兩球的細紳長度要適當(dāng)，且等長
B．兩小球必須都是剛性球，且質(zhì)量相同
C．由靜止釋放小球以便較準(zhǔn)確地計算小球碰前的速度
D．兩小球碰后可以粘在一起共同運動
11．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，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、B
B．第一、二次入射小球的落點依次是B、A
C．第二次入射小球和被碰小球?qū)⑼瑫r落地
D．m1?AB=m2?OC
12．如圖所示，用“碰撞實驗器”可以驗證動量守恒定律，即驗證兩個小球在水平軌道末端碰撞前后的動量守恒。入射小球質(zhì)量為m1，被碰小球質(zhì)量為m2，O點是小球拋出點在水平地面上的投影。實驗時，先讓入射小球多次從傾斜軌道上S位置靜止釋放，找到其平均落地點的位置，并記下此位置距O點的距離；然后把被碰m2小球靜置于水平軌道末端，再將入射小球m1從傾斜軌道上S位置靜止釋放，與小球m2相撞，多次重復(fù)此過程，并分別找到它們平均落點的位置距O點的距離，則下列說法正確的是（　?。?br />
A．實驗中要求兩小球半徑相等，且滿足m1

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