2014高考物理一轮复习 实验15 验证动量守恒定律专题精讲.pdf

2014《金版教程》高考物理一轮复习实验专题精讲：实验十五 验证动量守恒定律
1.在做“验证碰撞中的动量守恒”实验中，实验必须要求的条件是( )
A. 斜槽轨道必须是光滑的
B. 斜槽轨道末端的切线是水平的
C. 入射球每次都要从同一高度由静止滚下
D. 碰撞的瞬间，入射球与被碰球的球心连线与轨道末端的切线平行
解析：斜槽轨道越光滑越好，但只要保证小球每次滚到槽口时速度相同即可，故不必苛求，为保证小球碰前碰后都做平抛运动，B、C、D三项条件必须得到保证．
答案：BCD
2．在“验证动量守恒定律”的实验中，关于入射小球在斜槽上释放点的高低对实验影响的说法中，正确的是( )
A．释放点越低，小球受阻力越小，入射小球的入射速度越小，误差越小
B．释放点越高，两球碰后水平位移越大，水平位移测量的相对误差越小，两球速度的测量越准确
C．释放点越高，两球相碰时相互作用的内力越大，碰撞前后动量之差越小，误差越小
D．释放点越高，入射小球对被碰小球的作用力越大，水平槽对被碰小球的阻力越小
解析：该实验产生误差的主要原因有：(1)两球相碰时水平方向外力的影响；(2)小球做平抛运动时水平位移测量不准确；(3)没有确保两球在水平方向发生正碰．综上可知B、C选项正确．
答案：BC
3．在“验证动量守恒定律”的实验中，产生误差的主要原因是( )
A．碰撞前入射小球的速度方向、碰撞后入射小球的速度方向和碰撞后被碰小球的速度方向不是绝对沿水平方向
B．小球在空气中飞行时受到空气阻力
C．通过复写纸描得的各点，不是理想点，有一定的大小，从而带来作图上的误差
D．测量长度时有误差
解析：由于碰撞前后小球的速度方向不是绝对沿水平方向，落点不确定，长度测量等都是造成误差的主要原因，而在本实验中，由于小球的运动速度不是很大，所以空气阻力虽然会对测量结果造成影响，但不是产生误差的主要原因． 答案：ACD
4．现有下列A、B、C、D四个小球，在做“验证碰撞中的动量守恒”的实验时，入射小球应用________球，被撞小球应用________．
A. 质量为43 g，直径为2.2 cm
B. 质量为32 g，直径为3.2 cm
C. 质量为5.2 g，直径为2.2 cm
D. 质量为20 g，直径为3.2 cm
解析：入射小球质量应大于被碰小球质量，且质量相差应较大．两球的体积应相等．
答案：A　C
5．在做碰撞中的动量守恒的实验时，不需要测量的物理量有( )
A．入射小球和被碰小球的质量
B．入射小球和被碰小球的直径
C．斜槽轨道的末端距地面的高度
D．入射球开始滚下时的初始位置与碰撞前位置的高度差
E．入射球未碰撞时飞出的水平距离
F．入射球和被碰小球碰撞后飞出的水平距离
解析：根据实验原理和公式m1·＝m1·＋m2·，可知选B、C、D.
答案：BCD
6．如图所示，甲、乙为两个实验的装置图．
(1)甲、乙两图中，可以“验证动量守恒定律”的装置图是
________________________________________________________________________.
(2)关于甲、乙两个实验，下列说法正确的是( )
A．只有甲实验必须测量质量
B．只有乙实验中需要记录时间
C．乙实验必须使用重垂线
D．两个实验都需要使用刻度尺
解析：(1)甲图是用来验证动量守恒，乙图用来验证机械能守恒．
(2)乙实验中有打点计时器不需要记录时间，且实验中不需要重垂线．
答案：(1)甲　(2)AD
7．某同学用如图所示的装置做“验证动量守恒定律”的实验．先将a球从斜槽轨道上某固定点处由静止开始滚下，在水平地面上的记录纸上留下压痕，重复10次；再把同样大小的b球放在斜槽轨道末端水平段的最右端静止放置，让a球仍从原固定点由静止开始滚下，和b球相碰后，两球分别落在记录纸的不同位置处，重复10次．
(1)本实验必须测量的物理量有________；
A．斜槽轨道末端到水平地面的高度H
B．小球a、b的质量ma、mb
C．小球a、b的半径r
D．小球a、b离开斜槽轨道末端后平抛飞行的时间t
E．记录纸上O点到A、B、C各点的距离OA、OB、OC
F．a球的固定释放点到斜槽轨道末端水平部分间的高度差h
(2)根据实验要求，ma________mb(填“大于”、“小于”或“等于”)；
(3)放上被碰小球后，两小球碰后是否同时落地？如果不是同时落地，对实验结果有没有影响？(不必作分析
)________；
(4)为测定未放小球b时，小球a落点的平均位置，把刻度尺的零刻度线跟记录纸上的O点对齐，如图给出了小球a落点附近的情况，由图可得OB距离应为________cm；
(5)按照本实验方法，验证动量守恒的验证式是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
解析：(1)必须测量的物理量有两小球的质量ma、mb，各落点A、B、C到O点的距离OA、OB、OC，故选B、E.
(2)为使a球碰b后不反弹，必须有ma>mb.
(3)b球被碰飞出后，a球还要在水平段运动一小段，因此，b球先落地，但不影响实验结果．
(4)a点位置的范围大致在45.85～46.05 cm，中心位置大约在45.95 cm.
(5)maOB＝maOA＋mbOC.
答案：(1)BE　(2)大于　(3)b球先落地，对实验结果无影响　(4)45.95±0.02　(5)maOB＝maOA＋mbOC
8. 如图所示，在实验室用两端带有竖直挡板C和D的气垫导轨和有固定挡板的质量都是M的滑块A和B做“探究碰撞中的守恒量”的实验，实验步骤如下：
.把两滑块A和B紧贴在一起，在A上放质量为m的砝码，置于导轨上，用电动卡销卡住A和B，在A和B的固定挡板间放入一轻弹簧，使弹簧处于水平方向上的压缩状态；
.按下电钮使电动卡销放开，同时启动两个记录两滑块运动时间的电子计时器，当A和B与固定挡板C和D碰撞时，电子计时器自动停表，记下A至C的运动时间t1，B至D的运动时间t2；
.重复几次，取t1和t2的平均值．
(1)在调整气垫导轨时应注意________________________________________________________________________；
(2)应测量的数据还有________________________________________________________________________；
(3)只有关系式________成立，即可得出碰撞中守恒的量是动量的矢量和．
解析：(1)使气垫导轨水平．
(2)滑块A的左端到挡板C的距离s1和滑块B的右端到挡板D的距离s2.
(3)由动量守恒定律列方程式
(M＋m)s1/t1＝Ms2/t2.
答案：见解析
9．[2012·普陀区模拟]如图是用来验证动量守恒的实验装置，弹性球1用细线悬挂于O点，O点下方桌子的边沿有一竖直立柱．实验时，调节悬点，使弹性球1静止时恰与立柱上的球2接触且两球等高．将球1拉到A点，并使之静止，同时把球2放在立柱上．释放球1，当它摆到悬点正下方时与球2发生对心碰撞．碰后球1向左最远可摆到B点，球2落到水平地面上的C点．测出有关数据即可验证1、2两球碰撞时动量守恒．现已测出A点离水平桌面的距离为a.B点离水平桌面的距离为b，C点与桌子边沿间的水平距离为c.此外，
(1)还需要测量的量是________、________和________．
(2)根据测量的数据，该实验中动量守恒的表达式为________．(忽略小球的大小)
解析：(1)要验证动量守恒必须知道两球碰撞前后的动量变化，根据弹性球1碰撞前后的高度a和b，由机械能守恒可以求出碰撞前后的速度，故只要再测量弹性球1的质量m1，就能求出弹性球1的动量变化；根据平抛运动的规律只要测出立柱高h和桌面高H就可以求出弹性球2碰撞前后的速度变化，故只要测量弹性球2的质量和立柱高h、桌面高H就能求出弹性球2的动量变化．
(2)根据(1)的解析可以写出动量守恒的方程
2m1＝2m1＋m2.
10．为了验证碰撞中的动量守恒和检验两个小球的碰撞是否为弹性碰撞，某同学选取了两个体积相同、质量不相等的小球，按下述步骤做了如下实验：
用天平测出两个小球的质量(分别为m1和m2，且m1>m2)．
按照如图所示的那样，安装好实验装置．将斜槽AB固定在桌边，使槽的末端处的切线水平．将一斜面BC连接在斜槽末端．
先不放小球m2，让小球m1从斜槽顶端A处由静止开始滚下，记下小球在斜面上的落点位置．
将小球m2放在斜槽末端边缘处，让小球m1从斜槽顶部A处滚下，使它们发生碰撞后，记下小球m1和m2在斜面上的落点位置．
用毫米刻度尺量出各个落点位置到斜槽末端点B的距离．图中D、E、F点是该同学记下的小球在斜面上的几个落点位置，到B点的距离分别为LD、LE、LF.根据该同学的实验，回答下列问题：
(1)小球m1和m2发生碰撞后，m1的落点是图中的________点，m2的落点是图中的________点．
(2)用测得的物理量来表示，只要满足关系式________，则说明碰撞中动量守恒．
(3)用测得的物理量来表示，只要再满足关系式________，则说明两小球的碰撞是弹性碰撞．
解析：由平抛运动的知识可知，设斜面BC的倾角为θ，小球从斜面顶端平抛落到斜面上，两者距离为L，则
Lcosθ＝vt，Lsinθ＝gt2
可得v＝Lcosθ＝cosθ
由于θ、g都是恒量，所以v，v2L，所以动量守恒的表达式可以是
m1＝m1＋m2
由能量守恒可得m1LE＝m1LD＋m2LF.
答案：(1)D　F
(2)m1＝m1＋m2
(3)m1LE＝m1LD＋m2LF
11．某同学利用如图所示的装置验证动量守恒定律．图中两摆摆长相同，悬挂于同一高度，A、B两摆球均很小，质量之比为12.当两摆球均处于自由静止状态时，其侧面刚好接触．向右上方拉动B球使其摆线伸直并与竖直方向成45°角，然后将其由静止释放．结果观察到两摆球粘在一起摆动，且最大摆角为30°.若本实验允许的最大误差为±4%，此实验是否成功地验证了动量守恒定律？
解析：设摆球A、B的质量分别为mA、mB，摆长为l，B球的初始高度为h1，碰撞前B球的速度为vB.在不考虑摆线质量的情况下，根据题意及机械能守恒定律得
h1＝l(1－cos45°)
mBv＝mBgh1
设碰撞前、后两摆球的总动量的大小分别为p1、p2.有
p1＝mBvB
联立式得p1＝mB
同理可得p2＝(mA＋mB)
联立式得＝
代入已知条件得()2＝1.03
由此可以推出||≤4%
所以，此实验在规定的误差范围内验证了动量守恒定律．。