高考物理总复习实验7验证动量守恒定律随堂训练(含解析)

【全优课堂】2016高考物理总复习 实验7 验证动量守恒定律随堂训练
1.某同学把两个质量不同的木块用细线连接，中间夹一个被压缩了的轻弹簧，如图6所示，将此系统置于光滑水平桌面上，烧断细线，观察两物体的运动情况，进行必要的测量，验证两物体相互作用的过程中动量守恒．
图6
(1)该同学还需具备的器材是______________________；
(2)需要直接测量的数据是______________________________________； (3)用所得数据验证动量守恒的关系式是____________． 【答案】(1)刻度尺、天平
(2)两木块的质量m 1、m 2及其做平抛运动的水平位移s 1、s 2 (3)m 1s 1＝m 2s 2
2．如图7所示是研究两小球碰撞的实验装置示意图，已知它们的质量分别为m 1和m 2，且m 1＝2m 2，两小球的半径r 相同，都等于1.2 cm.小球m 1从A 处沿斜槽滚下，经槽的末端水平飞出后落在地面上的P 点
处．当m 1仍从A 点滚下与小支柱上的小球m 2对心碰撞后，m 1、m 2分别落到M 点和N 点处，用直尺测得OM ︵
＝
19.0 cm ，ON ︵ ＝68.2 cm 、OP ︵
＝52.3 cm.设碰前瞬间m 1的速度大小为v 1，碰后瞬间m 1、m 2的速度大小分别为v 1′和v 2′，小球做平抛运动的时间为T ，则v 1＝________cm/s ，v 1′＝________cm/s ，v 2′＝______cm/s ，通过以上实验数据，可以得到的结论是：________________________________________________.
图7
【答案】54.7T 21.4T 68.2
T
在实验误差允许的范围内，碰撞前、后的总动量相等，即动量守恒
3．研究“碰撞中的动量守恒”实验装置如图8所示，让质量为m 1的小球从曲面上的某处自由滚下，与静止在支柱上质量为m 2的小球发生对心碰撞，则
图8
(1)两小球的质量应满足________． A ．m 1＝m 2 B ．m 1>m 2 C ．m 1<m 2
D ．没有限制
(2)实验中应测量的量是________． A ．两小球的质量m 1、m 2 B ．两小球的半径r 1、r 2 C ．桌面离地面的高度H D ．小球的起始高度h
E ．从两小球相碰到两小球落地的时间t
F ．碰撞后两小球先后飞出的水平距离
G ．小球m 1单独滚下做平抛运动的水平距离 (3)实验中某学生记录的数据如下表
根据以上数据可求出两小球碰撞前后的总动量损失率
p 1
×100%＝________%(保留三位有效数字)，由
此得到的研究结论是______________________________________．
(4)按表格内的数据，小球m 1在碰前的总动量的数值可用0.009 5表示，其单位是否是kg·m/s，为什么？
________________________________________________________________________.
【答案】(1)B (2)ABFG (3)1.47 在误差允许的范围内动量守恒 (4)不是，因为下落的时间不一定是1 s
【解析】(1)两球碰后要求均水平抛出，即m 1不能反弹，而要使m 1碰后不反向弹回，则要求m 1>m 2，故B 正确．
(2)由验证动量守恒的实验原理m 1s 0＝m 1s 1＋m 2s 2，其中s 0为m 1单独下滑抛出的水平距离，s 1、s 2分别为碰后m 1和m 2抛出的水平距离．两球抛出时的位置不同，相差两球的半径之和，所以需要测量的量为：ABFG.
(3)碰前总动量p 1＝m 1v ＝m 1OP
t ，碰后总动量p 2＝m 1v 1＋m 2v 2＝m 1OM t ＋m 2
ON －r 1－r 2
t
，碰撞前后系统损失的动量Δp ＝p 1－p 2，代入数据解得Δp
p 1
×100 %＝1.47 %.由于系统损失的动量很小，所以在误差允许范围内
可以认为动量守恒．
4.某同学用如图9所示的装置验证动量守恒定律，用轻质细线将小球1悬挂于O 点，使小球1的球心
到悬点O 的距离为L ，被碰小球2放在光滑的水平桌面上．将小球1从右方的A 点(OA 与竖直方向的夹角为α)由静止释放，摆到最低点时恰与小球2发生正碰．碰撞后，小球1继续向左运动到C 位置，小球2落到水平地面上(到桌面边缘水平距离为s )的D 点．
图9
(1)实验中已经测得上述物理量中的α、L 、s ，为了验证两球碰撞过程动量守恒，还应该测量的物理量有______________________________________________________.
(2)请用测得的物理量结合已知物理量来表示碰撞前后小球1和小球2的动量：p 1＝__________，p 1′＝____________，p 2＝________，p 2′＝________.
【答案】(1)小球1的质量m 1，小球2的质量m 2，桌面高度h ，OC 与OB 间的夹角 β
(2)m 12gL
－cos α
m
12gL －cos β
m 2s
2h /g
5．(2014·上海调研)在“验证动量守恒定律”的实验中，请回答下列问题．
(1)实验记录如图10甲所示，则A 球碰前做平抛运动的水平位移是图中的________，B 球被碰后做平抛运动的水平位移是图中的________．(两空均填“OM ”“OP ”或“ON ”)
(2)小球A 下滑过程中与斜槽轨道间存在摩擦力，这对实验结果________产生误差．(填“会”或“不会”)
(3)实验装置如图甲所示，A 球为入射小球，B 球为被碰小球，以下有关实验过程中必须满足的条件，正确的是( )
A ．入射小球的质量m A 可以小于被碰小球的质量m
B B ．实验时需要测量斜槽末端到水平地面的高度
C ．入射小球每次不必从斜槽上的同一位置由静止释放
D ．斜槽末端的切线必须水平，小球放在斜槽末端处，应能静止
(4)在“验证动量守恒定律”的实验中．某同学用如图10乙所示的装置进行了如下的操作：
图10
①先将斜槽轨道的末端调整水平，在一块水平木板表面先后钉上白纸和复写纸，并将该木板竖直立于靠近槽口处，使小球a 从斜槽轨道上某固定点处由静止释放，撞到木板并在白纸上留下痕迹O .
②将木板向右平移适当的距离，再使小球a 从原固定点由静止释放，撞在木板上并在白纸上留下痕迹
B ．
③把半径相同的小球b 静止放在斜槽轨道水平段的最右端，让小球a 仍从原固定点由静止释放，和小球b 相碰后，两球撞在木板上并在白纸上留下痕迹A 和C ．
④用天平测量a 、b 两小球的质量分别为m a 、m b ，用刻度尺测量白纸上O 点到A 、B 、C 三点的距离分别为y 1、y 2和y 3.
用本实验中所测得的量来验证两球碰撞过程动量守恒，其表达式为________________． 【答案】(1)OP ON (2)不会 (3)D (4)
m a y 2＝m a y 3＋m b
y 1
6.气垫导轨(如图11)工作时，空气从导轨表面的小孔喷出，在导轨表面和滑块内表面之间形成一层薄薄的空气层，使滑块不与导轨表面直接接触，大大减小了滑块运动时的阻力．为了验证动量守恒定律，在水平气垫导轨上放置两个质量均为a 的滑块，每个滑块的一端分别与穿过打点计时器的纸带相连，两个打点计时器所用电源的频率均为b .气垫导轨正常工作后，接通两个打点计时器的电源，并让两滑块以不同的速度相向运动，两滑块相碰后粘在一起继续运动．图12为某次实验打出点迹清晰的纸带的一部分，在纸带上以相同间距的6个连续点为一段划分纸带，用刻度尺分别量出其长度s 1、s 2和s 3.若题中各物理量的单位均为国际单位，那么，碰撞前两滑块的动量大小分别为____________、__________，两滑块的总动量大小为____________；碰撞后两滑块的总动量大小为________．重复上述实验，多做几次．若碰撞前、后两滑块的总动量在实验误差允许的范围内相等，则动量守恒定律得到验证．
图11
图12
【答案】0.2abs 1 0.2abs 3 0.2ab (s 1－s 3) 0．4abs 2
【解析】打点周期为1b ，打s 1、s 2、s 3均用时5
b
.碰前其中一个滑块的动量
p 1＝mv 1＝m s 1t ＝a bs 1
5
＝0.2abs 1
碰前另一个滑块的动量p 2＝mv 2＝m s 3
t
＝a
bs 3
5
＝0.2abs 3，故碰前总动量
p ＝p 1－p 2＝0.2ab (s 1－s 3)，同理碰后总动量 p ′＝2m s 2
t
＝0.4abs 2.。