高考物理动量冲量精讲精练验证动量守恒定律典型练习题

验证动量守恒定律

1．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1∶2.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m A 、m B ，摆长为l ，B 球的初始高度为h 1，碰撞前B 球的速度为v B .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

h 1＝l (1－cos 45°)① 12m B v 2B ＝m B gh 1② 设碰撞前、后两摆球的总动量的大小分别为p 1、p 2.有

p 1＝m B v B ③

联立得：p 1＝m B 2gl

1－cos 45°.

同理可得： p 2＝(m A ＋m B )2gl 1－cos 30°.

则有：p 2p 1＝m A ＋m B m B 1－cos 30°1－cos 45°

. 代入已知条件得：⎝ ⎛⎭⎪⎫p 2p 12＝1.03

由此可以推出⎪⎪⎪⎪

⎪⎪p 2－p 1p 1≤4% 所以，此实验在规定的误差范围内验证了动量守恒定律．

答案：见解析

2．气垫导轨是常用的一种实验仪器．它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．我们可以用带竖直挡板C 和D 的气垫导轨以及滑块A 和B 来验证动量守恒定律，实验装置如图所示(弹簧的长度忽略不计)，采用的实验步骤如下：

a ．用天平分别测出滑块A 、B 的质量m A 、m B .

b ．调整气垫导轨，使导轨处于水平状态．

c ．在A 和B 间放入一个被压缩的轻弹簧，用电动卡锁锁定，静止放置在气垫导轨上．

d ．用刻度尺测出A 的左端至C 板的距离L 1.

e ．按下电钮放开卡锁，同时使分别记录滑块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 挡板时停止计时，记下A 、B 分别到达C 、D 的运动时间t 1和t 2.

(1)实验中还应测量的物理量是________．

(2)利用上述测量的实验数据，验证动量守恒定律的表达式是__________________．

(3)利用上述实验数据写出被压缩弹簧的弹性势能大小的表达式为__________________．

解析：(1)A 、B 所组成的系统初动量为零，A 、B 两滑块分开后动量应大小相等，方向相反，这就需要求两滑块的速度，其中滑块A 的速度为L 1t 1，要求滑块B 的速度，还应测量B 右端到D 的距离L 2，这样滑块B 的速度就可用表达式L 2t 2

来表示．

(2)A 、B 开始时静止，放开卡锁后两者均做匀速直线运动，总动量为零，A 、B 运动后动量大小相等，方向相反，即 m A L 1t 1＝m B L 2t 2

. (3)弹簧的弹性势能转化为A 、B 的动能，即

E p ＝12⎣⎢⎡⎦

⎥⎤m A ⎝ ⎛⎭⎪⎫L 1t 12＋m B ⎝ ⎛⎭⎪⎫L 2t 22. 答案：(1)B 右端到D 的距离L 2

(2)m A L 1t 1＝m B L 2t 2

(3)E p ＝12⎣⎢⎡⎦⎥⎤m A ⎝ ⎛⎭⎪⎫L 1t 12＋m B ⎝ ⎛⎭⎪⎫L 2t 22

高效演练跟踪检测

1．某同学用如图所示的装置通过半径相同的A、B两球(m A＞m B)的碰撞来验证动量守恒定律．对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，入射小球速度越小，误差越小

B．释放点越低，两球碰后水平位移越小，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，轨道对被碰小球的阻力越小

解析：选 C.入射小球的释放点越高，入射小球碰前速度越大，相碰时内力越大，阻力的影响相对减小，可以较好地满足动量守恒的条件，也有利于减小测量水平位移时的相对误差，从而使实验的误差减小，选项C正确．

2．在做“验证动量守恒定律”实验时，入射球a的质量为m1，被碰球b的质量为m2，两小球的半径均为r，各小球的落地点如图所示，下列关于这个实验的说法正确的是( )

A．入射球与被碰球最好采用大小相同、质量相等的小球

B．要验证的表达式是m1·ON＝m1·OM＋m2·OP

C．要验证的表达式是m1·OP＝m1·OM＋m2·ON

D．要验证的表达式是m1(OP－2r)＝m1(OM－2r)＋m2·ON

解析：选 C.在此装置中，应使入射球的质量大于被碰球的质量，防止反弹或静止，故选项A错；两球做平抛运动时都具有相同的起点，故应验证的关系式为m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，选项C对，B、D错．

3．某同学用如图(甲)所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来验证动量守恒定律．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．其中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(乙)所示，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．

(1)碰撞后B球的水平射程应取为________cm.

(2)在以下选项中，本次实验不需要进行的测量是________．

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球与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)用最小的圆将所有点圈在里面，圆心位置即为落点平均位置，找准平均位置，读数时应在刻度尺的最小刻度后面再估读一位．读数为64.7 cm.

(2)以平抛时间为时间单位，则平抛的水平距离在数值上等于平抛初速度．设A未碰B 时A球的水平位移为x A，A、B相碰后A、B两球的水平位移分别为x A′、x B′，A、B质量分别为m A、m B，则碰前A的动量可写成p1＝m A x A，碰后A、B的总动量为p2＝m A x A′＋m B x B′，要验证动量是否守恒，即验证p1与p2两动量是否相等．所以该实验应测量的物理量有m A、m B、x A、x A′、x B′.故选项C、E不需测量．

答案：(1)64.7(64.0～65.0均对) (2)CE

4. 如图为“验证动量守恒定律”的实验装置．

(1)下列说法中符合本实验要求的是________．

A．入射球比靶球质量大或者小均可，但二者的直径必须相同

B．在同一组实验的不同碰撞中，每次入射球必须从同一高度由静止释放

C．安装轨道时，轨道末端必须水平