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_5201

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m 2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′＝m1v1′＋m2v2′＝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。