高中4 實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律習(xí)題-試卷下載-教習(xí)網(wǎng)

填空題(本題共4小題，每題15分，共60分)
1．(15分)氣墊導(dǎo)軌工作時(shí)能夠通過(guò)噴出的氣體使滑塊懸浮，從而基本消除掉摩擦力的影響，因此成為重要的實(shí)驗(yàn)器材，氣墊導(dǎo)軌和光電門、數(shù)字毫秒計(jì)配合使用能完成許多實(shí)驗(yàn)。
現(xiàn)提供以下實(shí)驗(yàn)器材：(名稱、圖像、編號(hào)如圖所示)
利用以上實(shí)驗(yàn)器材還可以完成“通過(guò)證明m1v0＝(m1＋m2)v來(lái)得到滑塊碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒”的實(shí)驗(yàn)。為完成此實(shí)驗(yàn)。
(1)針對(duì)實(shí)驗(yàn)原理，我們應(yīng)選擇的器材編號(hào)為：_ABC__。
(2)在我們所選的器材中：_B__器材對(duì)應(yīng)原理中的m1(填寫(xiě)器材編號(hào))。
解析：該實(shí)驗(yàn)的原理為m1v0＝(m1＋m2)v，兩個(gè)物體最終粘在一起，一起運(yùn)動(dòng)，通過(guò)光電門可以測(cè)量速度的大小，所以應(yīng)選擇的器材為A、B、C。因?yàn)閙1應(yīng)該是先運(yùn)動(dòng)的滑塊，不是靜止的滑塊，所以對(duì)應(yīng)的器材是B。
2．(15分)(2023·江蘇省揚(yáng)州中學(xué)高二下學(xué)期檢測(cè))在探究碰撞中動(dòng)量守恒實(shí)驗(yàn)中，利用如圖所示的氣墊導(dǎo)軌通過(guò)閃光照相進(jìn)行這一實(shí)驗(yàn)。
某次實(shí)驗(yàn)時(shí)碰撞前B滑塊靜止，A滑塊勻速向B滑塊運(yùn)動(dòng)并發(fā)生碰撞，利用閃光照相的方法連續(xù)4次拍攝得到的閃光照片如圖所示。
已知相鄰兩次閃光的時(shí)間間隔為T，在這4次閃光的過(guò)程中，A、B兩滑塊均在0～80 cm范圍內(nèi)，且第1次閃光時(shí)，滑塊A恰好位于x＝10 cm處。若A、B兩滑塊的碰撞時(shí)間及閃光持續(xù)的時(shí)間極短，均可忽略不計(jì)，則可知碰撞發(fā)生在第1次閃光后的_2.5T__時(shí)刻，如果碰撞前后動(dòng)量守恒，則A、B兩滑塊質(zhì)量之比mA︰mB＝_2︰3__。
解析：由題圖可知，前三次曝光的時(shí)間間隔內(nèi)物塊A的位移相同，兩物塊不可能相碰，又由于物塊B開(kāi)始時(shí)靜止，而碰后物塊B一定向右運(yùn)動(dòng)，因物塊B靜止在60 cm的位置，所以兩物塊碰撞一定發(fā)生在2.5 T末，設(shè)碰前物塊A的速度大小為v，則碰后物塊A的速度大小為eq \f(v,2)，由題圖可知碰后B的速度大小為v，假設(shè)取向右的方向?yàn)檎?，則碰前的質(zhì)量與速度乘積的和為mAv，碰后的質(zhì)量與速度乘積的和為－mAeq \f(v,2)＋mBv，因?yàn)榕鲎睬昂髣?dòng)量守恒，則整理可得mA︰mB＝2︰3。
3．(15分)(2023·山東日照五蓮高二檢測(cè))用如圖甲所示裝置結(jié)合頻閃照相機(jī)拍攝的照片來(lái)驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，實(shí)驗(yàn)步驟如下：
①用天平測(cè)出A、B兩個(gè)小球的質(zhì)量分別為mA、mB；
②安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，使斜槽的末端所在的平面保持水平；
③先不在斜槽的末端放小球B，讓小球A從斜槽上位置P處由靜止開(kāi)始釋放，小球A離開(kāi)斜槽后，頻閃照相機(jī)連續(xù)拍攝小球A的兩個(gè)位置(如圖乙所示)；
④將小球B放在斜槽的末端，讓小球A仍從斜槽上位置P處由靜止開(kāi)始釋放，使它們碰撞，頻閃照相機(jī)連續(xù)拍攝下兩個(gè)小球的位置(如圖丙所示)；
⑤測(cè)出所需要的物理量。
請(qǐng)回答：
(1)步驟①中A、B兩球的質(zhì)量應(yīng)滿足_mA>mB__；
(2)在步驟⑤中，需要在照片中直接測(cè)量的物理量有_x0、xA、xB__(選填“x0”“y0”“xA”“yA”“xB”或“yB”)；
(3)兩球在碰撞過(guò)程中若動(dòng)量守恒，滿足的方程是_mAx0＝mAxA＋mBxB__。
解析：(1)在小球碰撞過(guò)程中水平方向動(dòng)量守恒，故有mAv0＝mAv1＋mBv2，要使碰后小球A的速度v1>0，則mA>mB。
(2)由于頻閃照相的頻率一定，因此只需要測(cè)量小球的水平位移，在步驟⑤中，需要在照片中直接測(cè)量的物理量有x0、xA、xB。
(3)驗(yàn)證的方程為mAx0＝mAxA＋mBxB。
4．(15分)如圖甲所示的裝置叫作阿特伍德機(jī)，是英國(guó)數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家阿特伍德制作的一種力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，用來(lái)研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。某同學(xué)對(duì)該裝置加以改進(jìn)后用來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律和動(dòng)量守恒定律，如圖乙所示。已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間。
(1)該同學(xué)用游標(biāo)卡尺測(cè)量擋光片的寬度如圖丙所示，則d＝_4.45__mm；然后將質(zhì)量均為m(A含擋光片和掛鉤、B含掛鉤)的重物用繩連接后，跨放在定滑輪上，A置于桌面上處于靜止?fàn)顟B(tài)，測(cè)量出擋光片中心到固定光電門中心的豎直距離h。
(2)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)時(shí)，該同學(xué)在B的下端掛上質(zhì)量也為m的物塊C(含掛鉤)，讓系統(tǒng)(重物A、B以及物塊C)中的物體由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，光電門記錄擋光片擋光的時(shí)間為Δt，如果系統(tǒng)(重物A、B以及物塊C)的機(jī)械能守恒，應(yīng)滿足的關(guān)系式為 gh＝eq \f(3d2,2?Δt?2) ，引起該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差的主要原因有_繩子有一定的質(zhì)量、滑輪與繩子之間有摩擦、重物運(yùn)動(dòng)受到空氣阻力等(任選一條)__(寫(xiě)一條即可)。
(3)為了驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，該同學(xué)讓A在桌面上處于靜止?fàn)顟B(tài)，將B從靜止位置豎直上升s后自由下落，直到光電門記錄下?lián)豕馄瑩豕獾臅r(shí)間為Δt′(B未接觸桌面)，則驗(yàn)證繩繃緊過(guò)程中系統(tǒng)沿繩方向動(dòng)量守恒定律的表達(dá)式為 eq \r(2gs)＝eq \f(2d,Δt′) ；如果該同學(xué)忘記將B下方的C取下，完成測(cè)量后，驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的表達(dá)式為 2eq \r(2gs)＝3eq \r(\f(d2,?Δt′?2)－\f(2,3)gh) 。
解析：(1)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)d＝4 mm＋0.05×9 mm＝4.45 mm。
(2)系統(tǒng)動(dòng)能的增加量ΔEk＝eq \f(1,2)(2m＋m)v2＝eq \f(1,2)×3m×eq \f(d2,?Δt?2)＝eq \f(3md2,2?Δt?2)。系統(tǒng)重力勢(shì)能的減少量為mgh，應(yīng)滿足的關(guān)系式為mgh＝eq \f(3md2,2?Δt?2)，即gh＝eq \f(3d2,2?Δt?2)。引起實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差的主要原因有繩子有一定的質(zhì)量、滑輪與繩子之間有摩擦、重物運(yùn)動(dòng)受到空氣阻力等(任選一條)。
(3)根據(jù)機(jī)械能守恒定律可知mgs＝eq \f(1,2)mv2，解得v＝eq \r(2gs)，則可知，作用前的總動(dòng)量p＝mv＝meq \r(2gs)；此后A、B一起做勻速運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)速度v′＝eq \f(d,Δt′)，故作用后的動(dòng)量大小的代數(shù)和p′＝2mv′＝eq \f(2md,Δt′)，故只要驗(yàn)證eq \r(2gs)＝eq \f(2d,Δt′)，即可證明動(dòng)量守恒；若沒(méi)有取下C，則三個(gè)物體速度相同后做加速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)機(jī)械能守恒定律可知，mgh＝eq \f(1,2)×3meq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(d,Δt′)))2－eq \f(1,2)×3mv′2，解得v′＝eq \r(\f(d2,?Δt′?2)－\f(2,3)gh)，則作用后的動(dòng)量大小的代數(shù)和p′＝3mv′，故應(yīng)驗(yàn)證的表達(dá)式為2eq \r(2gs)＝3eq \r(\f(d2,?Δt′?2)－\f(2,3)gh)。

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