2019届高考物理：一轮复习第6章动量守恒定律第3讲验证动量守恒定律课时作业含解析102445(含答案).doc

3、验证动量守恒定律
[基础训练]
1．(2018·江西南昌月考)利用气垫导轨做实验来验证动量守恒定律：如图甲所示，开始时两个滑块静止，它们之间有一根被压缩的轻弹簧，两滑块用绳子连接；绳子烧断后，两个滑块向相反方向运动，得到如图乙所示的两个滑块A、B相互作用后运动过程的频闪照片，频闪的频率为10 Hz.已知滑块A、B的质量分别为200 g、300 g，根据照片记录的信息，A、B离开弹簧后，滑块A做匀速直线运动，其速度大小为________ m/s，本次实验中得出的结论是____________
___________________________________________________ _____.
甲
乙
答案：0.09 两滑块组成的系统在相互作用过程中动量守恒解析：由题图乙可知，绳子烧断后，A、B均做匀速直线运动．开始时有v A＝0，v B＝0，A、B被弹开后有v′A＝0.09 m/s，v′B＝0.06 m/s，m A v′A＝0.018 kg·m/s，m B v′B＝0.018 kg·m/s，由此可得m A v′A＝m B v′B，即0＝m B v′B－m A v′A，结论是：两滑块组成的系统在相互作用过程中动量守恒．
2．(2018·江苏五校联考)某同学用如图所示的装置“验证动量守恒定律”，其操作步骤如下：
A．将操作台调为水平；
B．用天平测出滑块A、B的质量m A、m B；
C．用细线将滑块A、B连接，滑块A、B紧靠在操作台边缘，使A、B间的弹簧处于压缩状态；
D．剪断细线，滑块A、B均做平抛运动，记录A、B滑块的落地点M、N；
E．用刻度尺测出M、N距操作台边缘的水平距离x1、x2；
F．用刻度尺测出操作台台面距地面的高度h.
(1)上述步骤中，多余的步骤是________．
(2)如果动量守恒，须满足的关系是____________(用测量量表示)．
答案：(1)F (2)m A x1＝m B x2
解析：取滑块A的初速度方向为正方向，两滑块的质量和平抛初速度大小分别为m A、m B、v1、v2，平抛运动的水平位移大小分别为x1、x2，平抛运动的时间为t.需要验证的方程为0＝m A v1
－m B v2，又v1＝x
1
t，v2＝
x
2
t，代入得到m A x1＝m B x2，故不需要用刻
度尺测出操作台台面距地面的高度h.所以多余的步骤是F.
3．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m a、m b
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，m a________(填“大于”“小于”或“等于”)m b.
(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？(不必做分析)
___________________________________________________ _.
(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，验证动量守恒定律的表达式是___________
___________________________________________________ _______.
答案：(1)BE (2)大于 (3)b 球先落地，对实验结果无影响
(4)45.97(45.95～45.99均正确) (5)m a OB ＝m a OA ＋m b OC
解析：(1)必须测量的物理量有两小球的质量m a 、m b ，各落点A 、B 、C 到O 点的距离OA 、OB 、OC ，B 、E 正确．
(2)为使a 球碰b 球后不反弹，必须有m a >m b .
(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)画尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面，圆心位置大约在45.97 cm.
(5)若动量守恒，应有m a v a ＝m a v ′a ＋m b v ′b ， v a 是小球a 单独下落离开轨道时的速度，v ′a 、v ′b 是两球碰后离开轨道时的
速度，又v ＝x t ，则有m a ·OB t ＝m a ·OA t ＋m b ·OC t
，即m a OB ＝m a OA ＋m b OC .
4．气垫导轨(如图甲所示)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．图乙所示为某次实验打出的点迹清晰的纸带的一部分，在纸带上以同间距的6个连续点为一段划分纸带，用刻度尺分别量出其长度s1、s2和s3.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．
答案：0.2abs 1 0.2abs 3 0.2ab (s 1－s 3) 0.4abs 2
解析：打点周期T ＝1b ，打s 1、s 2、s 3均用时5b
. 碰前其中一滑块的动量p 1＝mv 1＝m s 1t ＝a bs 15
＝0.2abs 1. 碰前另一滑块的动量p 2＝mv 2＝m s 3t ＝a bs 35
＝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 2t
＝0.4abs 2. [能力提升]
5．为了验证动量守恒定律(探究碰撞中的不变量)，某同学选取了两个材质相同、体积不等的立方体滑块A 和B ，按下述步骤进行实验：
步骤1：在A 、B 的相撞面分别装上尼龙拉扣，以便二者相
撞以后能够立刻结为整体；
步骤2：安装好实验装置如图甲，铝质轨道槽的左端是倾斜槽，右端是长直水平槽，倾斜槽和水平槽由一小段弧连接，轨道槽被固定在水平桌面上，在轨道槽的侧面与轨道等高且适当远处装一台数码频闪照相机；
步骤3：让滑块B静置于水平槽的某处，滑块A从斜槽某处由静止释放，同时开始频闪拍摄，直到A、B停止运动，得到一幅多次曝光的数码照片；
步骤4：多次重复步骤3，得到多幅照片，挑出其中最理想的一幅，打印出来，将刻度尺紧靠照片放置，如图乙所示．
(1)由图乙分析可知，滑块A与滑块B碰撞位置________．
A．在P5、P6之间B．在P6处C．在P6、P7之间
(2)为了探究碰撞中动量是否守恒，需要直接测量或读取的物理量是________．
①A、B两个滑块的质量m1和m2
②滑块A释放时距桌面的高度
③频闪照相的周期
④照片尺寸和实际尺寸的比例
⑤照片上测得的x45、x56和x67、x78
⑥照片上测得的x34、x45、x56和x67、x78、x89
⑦滑块与桌面间的动摩擦因数
写出验证动量守恒的表达式____________________________．
(3)请你写出一条有利于提高实验准确度或改进实验原理的建议：_______________________________________________________ _.
答案：(1)B (2)①⑥ m 1(x 45＋2x 56－x 34)＝(m 1＋m 2)(2x 67＋x 78－x 89) (3)将轨道的一端垫起少许，平衡摩擦力，使得滑块碰撞前后都做匀速运动(其他合理答案也可)
解析：(1)由题图可得x 12＝3.00 cm, x 23＝2.80 cm ，x 34＝2.60 cm ，x 45＝2.40 cm ，x 56＝2.20 cm ，x 67＝1.60 cm ，x 78＝1.40 cm ，x 89＝1.20 cm.根据匀变速直线运动的特点可知A 、B 相撞的位置在P 6处．
(2)为了探究A 、B 相撞前后动量是否守恒，就要得到碰撞前后的动量，所以要测量A 、B 两个滑块的质量m 1、m 2和碰撞前后的速度．设照相机拍摄时间间隔为T ，则P 4处的速度为v 4＝x 34＋x 452T ，P 5处的速度为v 5＝x 45＋x 562T ，因为v 5＝v 4＋v 62
，所以A 、B 碰撞前在P 6处的速度为v 6＝x 45＋2x 56－x 342T
；同理可得碰撞后AB 在P 6处的速度为v ′6＝2x 67＋x 78－x 892T
.若动量守恒则有m 1v 6＝(m 1＋m 2)v ′6，整理得m 1(x 45＋2x 56－x 34)＝(m 1＋m 2)(2x 67＋x 78－x 89)．因此需要测量或读取的物理量是①⑥.
(3)若碰撞前后都做匀速运动则可提高实验的精确度．。