2018-2019学年高中物理 第一章 碰撞与动量守恒 实验 验证动量守恒定律分层训练 粤教版选修3-5

实验验证动量守恒定律
1．图1是“验证碰撞中的动量守恒”实验的实验装置．让质量为m1的小球从斜面上某处自由滚下，与静止在支柱上质量为m2的小球发生对心碰撞，则
图1 图2
(1)两小球的质量关系必须满足________．
A．m1＝m2B．m1＞m2
C．m1＜m2D．没有限制
(2)实验必须满足的条件是________．
A．轨道末端的切线必须是水平的
B．斜槽轨道必须是光滑的
C．入射小球m1每次都必须从同一高度由静止释放
D．入射小球m1和被碰小球m2的球心在碰撞的瞬间可以不在同一高度上
(3)若采用图1装置进行实验，以下所提供的测量工具中必需的是________．
A．直尺B．游标卡尺C．天平D．弹簧秤E．秒表
(4)在实验装置中，若用游标卡尺测得小球的直径如图2，则读数为_______cm.
解析：(1)在“验证碰撞中的动量守恒”实验中，为防止被碰球碰后反弹，入射球的质量必须(远)大于被碰球的质量，因此B正确，A、C、D错误．故选B.
(2)要保证每次小球都做平抛运动，则轨道的末端必须水平，故A正确；“验证动量守恒定律”的实验中，是通过平抛运动的基本规律求解碰撞前后的速度的，只要离开轨道后做平抛运动，对斜槽是否光滑没有要求，故B错误；要保证碰撞前的速度相同，所以入射球每次都要从同一高度由静止滚下，故C正确；要保证碰撞后都做平抛运动，两球要发生正碰，碰撞的瞬间，入射球与被碰球的球心应在同一水平高度，两球心的连线应与轨道末端的切线平行，因此两球半径应该相同，故D错误．故选AC.
(3)小球离开轨道后做平抛运动，它们抛出点的高度相同，在空中的运动时间t相等，m1v1＝m1v1′＋m2v2′，两边同时乘以时间t，则有：m1v1t＝m1v1′t＋m2v2′t，m1OP＝m1OM＋m2(ON－2r)，则实验需要测出：小球的质量、小球的水平位置、小球的半径，故需要用到的仪器有：天平，直尺和游标卡尺；故选，ABC.
(4)游标卡尺是20分度的卡尺，其精确度为0.05 mm ，则图示读数为：13 mm ＋11×0.05 mm ＝13.55 mm ＝1.355 cm.
答案：(1)B (2)AC (3)ABC (4)1.355
2．气垫导轨是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成“气垫”，使滑块悬浮在导轨上，滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦．现用带竖直挡板C 和D 的气垫导轨和滑块A 和B 验证动量守恒定律，实验装置如图所示，有以下实验步骤：
a ．松开手的同时，记录滑块A 、B 运动时间的计时器开始工作，当A 、B 滑块分别碰撞C 、D 挡板时计时器结束计时，记下A 、B 分别到达C 、D 的运动时间t 1和t 2.
b ．在A 、B 间水平放入一个轻弹簧，用手压住A 、B 使弹簧压缩，放置在气垫导轨上，并让它静止在某个位置．
c ．给导轨送气，调整气垫导轨，使导轨处于水平．
d ．用刻度尺测出A 的左端至C 板的距离L 1；B 的右端至D 板的距离L 2.
(1)实验步骤的顺序是________________．
(2)实验中还需要测量的物理量是________________________．
(3)利用上述测量的实验数据，验证动量守恒定律的表达式是______________________． 解析：(1)根据实验原理可知，正确的实验步骤应先安装调节仪器，然后再进行实验，故应为cbda ；
(2、3)滑块在气垫导轨上做匀速直线运动，根据A 、B 运行的距离和时间可以求出分开时的速度，根据动量守恒定律，得m A v A ＝m B v B ，又v A ＝L 1t 1、v B ＝L 2t 2，则m A L 1t 1＝m B L 2t 2.知还需要测量A 、B 的质量m A 、m B ，所需的器材是天平．
答案：(1)cbda (2)A 、B 的质量m A 、m B (3)m A L 1t 1＝m B L 2t 2
3．某同学用如图(a)所示的装置通过半径相同的A 、B 两球的碰撞来探究碰撞中的守恒量，图中PQ 是斜槽，QR 为水平槽，实验时先使A 球从斜槽上某一固定位置G 由静止开始滚下，落到位于水平地面的记录纸上，留下痕迹，重复上述操作10次，得到10个落点痕迹，再把B 球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让A 球仍从位置G 由静止开始滚下，和B 球碰撞后，A 、B 球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹，重复这种操作10次，图(a)中O 点是水平槽末端R 在记录纸上的垂直投影点，B 球落点痕迹如图(b)，其中米尺水平放置，且平行于G 、R 、O 所在的平面，米尺的零点与O 点对齐
图(a) 图(b)
(1)除了图中器材外，实验室还备有下列器材，完成本实验还需要用到的器材有________(填选项号)．
A．秒表B．天平C．毫米刻度尺D．打点计时器(及电源和纸带) E．圆规F．弹簧测力计G．游标卡尺
(2)从图(b)可以测出碰撞后B球的水平射程应取为__________cm.
(3)在以下选项中，______________是本次实验必须进行的测量(填选项号)
A．水平槽上未放B球时，测量A球落点位置到O点的距离
B．A球与B球碰撞后，测量A球落点位置到O点的距离
C．测量A球或B球的直径
D．测量A球和B球的质量(或两球质量之比)
E．测量G点相对于水平槽面的高度
解析：(1)利用天平测量小球质量，利用刻度尺测量落点距离，利用圆规找到圆心．
(2)距离为O点到落点圆心间的距离．
(3)ABD
答案：(1)BCE (2)64.7(填64.2 cm～65.2 cm之间均可)
(3)ABD
4．用图示实验装置探究“碰撞中的不变量”实验，除了图示装置中的实验仪器外，下列仪器中还需要的是( )
A．秒表B．天平
C．刻度尺D．直流电源
E．交流电源
若实验中得到一条纸带如图所示，已知A、B车的质量分别为m A、m B，则该实验需要验证的表达式是______________________．(用图中物理量和已给出的已知量表示)
解析：该实验需要测量小车的质量，故需要天平；需要测量各计数点间距，故需要刻度
尺；打点计时器有计时功能，无需秒表；而打点计时器工作电源是交流电源，无需直流电源，故选BCE ；小车A 碰前做匀速运动，打在纸带上的点间距是均匀的，故求碰前小车A 的速度应选BC 段，碰后两车一起做匀速运动，打出的点也是间距均匀的，故选DE 段来计算碰后速度，在误差允许的范围内，需要验证的表达式是m A v A ＝()m A ＋m B v AB ，即m A x BC ＝()m A ＋m B x DE .
答案：BCE m A x BC ＝()m A ＋m B x DE
5．如图甲所示，在“验证碰撞中的动量守恒”的实验中，让质量为m 1的小球从斜槽轨道上某处自由滚下，与静止在轨道末端的质量为m 2的小球发生对心碰撞，
图甲 图乙
(1)下列操作正确的是( )
A ．斜槽轨道必须是光滑的
B ．轨道末端必须水平
C ．入射小球m 1每次必须从同一高度由静止释放
D ．实验中必须测量桌面离地面的高度
(2)实验中，入射小球m 1＝15 g ，原来静止的被碰小球m 2＝10 g ，由实验测得它们在碰撞前后的xt 图象如图乙所示，由图可知，入射小球碰撞前的动量是____________kg ·m/s ，入射小球碰撞后的动量是________kg ·m/s, 被碰小球碰撞后的动量是__________kg ·m/s ，由此得出结论：碰撞中____________的矢量和是守恒的量 .
解析：(1)此实验中斜槽轨道不一定必须是光滑的．只要到达底端的速度相等即可，选项A 错误；轨道末端必须水平，以保证两球做平抛运动，选项B 正确；入射小球m 1每次必须从同一高度由静止释放，以保证到达底端的速度相同，选项C 正确；实验中用平抛的水平射程代替水平速度，故没必要测量桌面离地面的高度，选项D 错误；故选BC.
(2)由图象可知，碰前入射小球的速度： v 1＝s 1t 1＝20 m 0.2 s
＝100 m/s ， 碰后入射球的速度： v 1′＝
s 1′t 1′＝30－200.2 m/s ＝50 m/s 被碰球碰后的速度： v ′2＝s 2′t 2＝35－200.2
m/s ＝75 m/s ， 入射球碰前的动量：p 1＝m 1v 1＝1.5 kg ·m/s ，
入射小球碰撞后的动量：p 1′＝m 1v 1′＝0.75 kg ·m/s ，
被碰小球碰撞后的动量：p 2′＝m 2 v 2′＝0.75 kg ·m/s ，
碰后系统的总动量：p ′＝m 1v 1′＋m 2v 2′＝1.5 kg ·m/s ，
由此得出结论：碰撞中动量的矢量和是守恒的量．答案：(1)BC (2)1.5 0.75 0.75 动量。