2018年高考物理二輪復(fù)習(xí)100考點千題精練第十二章物理實驗專題12.10驗證動量守恒定律

1、?=11 :專題 12.10 驗證動量守恒定律1.如圖甲，用“碰撞實驗器”可以驗證動量守恒定律，即研究兩個小球在軌道水平部分碰撞前后的動量關(guān)系。（1） 實驗中，直接測定小球碰撞前后的速度是不容易的。但是，可以通過僅測量_（填選項前的序號），間接地解決這個問題。A. .小球開始釋放高度hB. .小球拋出點距地面的高度HC. .小球做平拋運動的射程（2） 圖乙中0點是小球拋出點在地面上的垂直投影， 實驗時，先讓入射球m多次從斜軌上S位置靜止釋放,找到其平均落地點的位置P,測量平拋射程0P，然后，把被碰小球m2靜止于軌道的水平部分，再將入射小球m從斜軌上S位置靜止釋放，與小球m2相撞，并多次重復(fù)。接

2、下來要完成的必要步驟是_L 填選項的符號）A.用天平測量兩個小球的質(zhì)量m、m2B. 測量小球m開始釋放高度hC.測量拋出點距地面的高度HD. 分別找到m、m2相碰后平均落地點的位置M NE. 測量平拋射程0M,ON（3） 若兩球相碰前后的動量守恒，其表達式可表示為 _ （用中測量的量表示）；若碰撞是彈性碰撞，那么還應(yīng)滿足的表達式為 _ 用中測量的量表示）。（4）經(jīng)測定，m=45.0g , m=7.5g，小球落地點的平均位置距 O 點的距離如圖乙所示。O OM M P P N N - * *- 15 5.20cm- 44.80 cm- - 55.60cm -?=11 :碰撞前、后m 的動量分別為

3、p1與p1?,則p1:p1?_: 11;若碰撞結(jié)束時m的動量為p2?，則p?p2甲實驗結(jié)果說明，碰撞前、后總動量的比值P1為。Plf(5)有同學(xué)認為，在上述實驗中僅更換兩個小球的材質(zhì)，其他條件不變，可以使被撞小球做平拋運動的射程增大。請你用中已知的數(shù)據(jù)，分析和計算出被撞小球m平拋運動射程ON的最大值為 cm?！緟⒖即鸢浮?1)C ( 2)ADE 或 DEA 或 DAE2 2 2(3)mi0M + m2?ON = m1?OPm1OM + m2QN= m1TDP(4)142.9 1: 1( 5) 76.8【名師解析】 由于實臉中小球平拋運動時間相同，將速度測量轉(zhuǎn)化為水平位移測昱 可臥通過僅測量 小

4、球做平拋運動的射程，選項C正確。實殮時先讓入射球用】多次從斜S位畫爵止釋放我到其平均落地點的位墨巧測重平拋射程亦, 然后，把被碰小球碼靜止于軌道的水平咅吩再將入射小球叭從斜軌上&位置靜止釋放，與小球盹相 撞，并多次重復(fù)。接下來要完成的必要步賤是：分別找到 Z盹相碰后平均落地點的位蚤MN Nf f測量平 拋身摧OMOM, ,用天平測童兩個小球的質(zhì)量肌 n(3)由動量守恒定律可得m v1+m2v2=m1Vo，而速度可以用相應(yīng)的水平位移替代，所以動量守恒表達式可表示為mu OM m2?ON二mn?DP。若碰撞是彈性碰撞， 碰撞前后動能相等，miv02=1miv12+m2V22.而速度可以用相應(yīng)的水平

5、位移替代，所以2 2 22 -2 - 2碰撞前后動能相等表達式可表示為m1OM - mzQNgQP。32(4)設(shè)小球平拋運動時間為 t，碰撞前 m 的動量為 p1=45.0X10-X44.80X10-/t ,碰撞后m的動量為 p1?=45.0X10-3X35.20X10-2/t，則 p ： p214： 11;32碰撞后m2的動量為 p2?=7.5X10-X55.60X10-/t ,，貝 U 3 : p2?=11 : 2.9實驗結(jié)果說明，碰撞前、后總動量的比值臼 =14=土=1 ： 1。p/+p2 11+2.9 13.9(5 )在上述實驗中僅更換兩個小球的材質(zhì)，使它們做彈性碰撞，其他條件不變，由

6、2222m1【參考答案】(1) 1.2895X10一2(2) B (3) B DmOMm2?DN二mQP,g OMm2?ONrnnTOP可得ON= 一OP,mb + m2將m=45.0g ,m2=7.5g ,OP=44.80cm 代人上式得ON=76.8cm。2.氣墊導(dǎo)軌是常用的一種實驗儀器，它是利用氣泵將壓縮空氣通過導(dǎo)軌的眾多小孔高速噴出，在導(dǎo)軌與滑塊之間形成薄薄一層氣墊，使滑塊懸浮在導(dǎo)軌上由于氣墊的摩擦力極小，滑塊在導(dǎo)軌上的運動可很好地近似為沒有摩擦的運動我們可以用固定在氣墊導(dǎo)軌上的光電門A、B 和光電計時裝置，以及帶有 I 形擋光條的滑塊 C、D 來驗證動量守恒定律已知 I 形擋光條的持

7、續(xù)擋光寬度為 L,實驗裝置如圖所示，采用的實 驗步驟如下：a.調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌底座螺母，觀察導(dǎo)軌上的氣泡儀，使導(dǎo)軌成水平狀態(tài)；b 在滑塊 C D 間放入一個輕質(zhì)彈簧，用一條橡皮筋捆綁箍住三者成一水平整體，靜置于導(dǎo)軌中部；c 將光電門盡量靠近滑塊 C D 兩端；d 燒斷捆綁的橡皮筋，使滑塊 C、D 在彈簧作用下分離，分別通過光電門A、B;e 由光電計時器記錄滑塊 C 第一次通過光電門 A 時 I 形擋光條持續(xù)擋光的時間 tc,以及滑塊 D 第一次通過 光電門 B 時I 形擋光條持續(xù)擋光的時間 to.(1)_實驗中還應(yīng)測量的物理量是;(2)根據(jù)上述測量的實驗數(shù)據(jù)及已知量，驗證動量守恒定律的表達式是_

8、;上式中算得的 C D 兩滑塊的動量大小并不完全相等，產(chǎn)生誤差的主要原因是_ ;(3) 利用上述實驗數(shù)據(jù) _L 填寫“能”或“否”)測出被壓縮彈簧的彈性勢能的大??？如能，請寫出計算表達式： _ 。若不能說明理由： _ ?！緟⒖即鸢浮?1)滑塊 C D 的質(zhì)量 mC、mo；(2) 匹=匹.滑塊與氣墊導(dǎo)軌間仍存在摩擦，氣墊導(dǎo)軌未完全水平tCtD(3 )能EP= =-mC( )2+-no( )22tC2to【名師解析】(1)要驗證彈簧作用彈開的兩滑塊動量守恒，需要知道兩滑塊的質(zhì)量和速度，而速度可以通過計時器或光電門測量的時間和位移計算，所以實驗中還應(yīng)測量的物理量是滑塊C D 的質(zhì)量 mo；(2)設(shè)遮

9、光條的寬度為L,則vc= ,VD=L,tCtD5則驗證動量守恒定律的表達式是mCVC=mvD,即印9=衛(wèi)2.tCtD產(chǎn)生誤差的主要原因是：滑塊與氣墊導(dǎo)軌間仍存在摩擦，氣墊導(dǎo)軌未完全水平，測量mC、mo及 tAtB時帶來的誤差；【參考答案】(1) 1.2895X10一2(2) B (3) B D(3)燒斷捆綁的橡皮筋后只有彈簧彈力做功，系統(tǒng)機械能守恒，所以彈簧的彈性勢能等于兩滑塊離開彈簧12121L21L2時的動能，即 曰=mcvc+mDVD=mc( ) + m().222tc2tD3.在利用碰撞做“驗證動量守恒定律”的實驗中，實驗裝置如圖所示。圖甲中斜槽PQ 與水平槽 QR 平滑連接。按要求安

10、裝好儀器后開始實驗。先是不放被碰小球，重復(fù)實驗若干次；然后把被碰小球靜止放在斜槽 末端的水平部分的前端邊緣 R 處(槽口)，又重復(fù)實驗若干次，在白紙上記錄下掛于槽口R 的重錘線在記錄紙上的豎直投影點位置和各次實驗時小球落點的平均位置，從左至右依次為O M P、N,測得兩小球直徑相等，入射小球和被碰小球的質(zhì)量分別為m、m,且m= 2m,則：(1)兩小球的直徑用螺旋測微器核準(zhǔn)相等，測量結(jié)果如圖乙，則兩小球的直徑均為_ m(2) 入射小球每次滾下都應(yīng)從斜槽上的同一位置無初速釋放，其目的是A.為了使入射小球每次都能水平飛出槽口B.為了使入射小球每次都以相同的動量到達槽口C. 為了使入射小球在空中飛行的

11、時間不變D. 為了使入射小球每次都能與被碰小球?qū)π呐鲎踩肷湫∏騧的落點分別為M P入射小球m的落點分別為P、M入射小球m的落點分別為N MD.在誤差允許的范圍內(nèi)若測得|0N= 2|MP，則標(biāo)明碰撞過程中由m、m兩球組成的系統(tǒng)動量守恒圖甲7(3)下列有關(guān)本實驗的說法中正確的有A. 未放被碰小球和放了被碰小球m時,B. 未放被碰小球和放了被碰小球m時,C. 未放被碰小球和放了被碰小球 m 時,【名師解析】CD 根據(jù)螺旋測徵器讀數(shù)規(guī)則，小球的直徑為型 mm-L2 酣戲 10 如。入 W 小球捋次滾下都應(yīng)從斜槽同一位賈無初速度釋放，其目的是使入射彳渺每次都以相同的動重到達 槽口，選項 B 正確扌小球每

12、次都能水平飛出槽口是要求斜槽末端水平即可，與題干條件無關(guān)，選項邑錯島 入射小球在空中飛行時間由斜槽末端的水平放豐和離地面的高度決定跟題干條件無關(guān)，選項 C 錯誤,入 射小球和被碰小球?qū)π呐鲎惨笮∏虻闹睆较嗔嗫?，與題干條件也無關(guān)，選項 D 錯誤。 放了被碰小 球后入射小球宙于受到披砸小球的沖量，入射小球動量減卜落點位置距離。蔚殛，為皿點被碰小球 動量增大，落點位置距高O點較遠為N旬 未放被碰小球時， 入射小球位蠱為P點稔選頃E正確AC錯 誤。 15 fn2=m,根據(jù)題述， m1=22=2in,碰撞過程中小球冊増力口動量殆=冊|ONON =mON=mONr r小球用 減少動AP1= Ml |O

13、POP| - Ml |0M0M二叭| 0 | =加|WP | ,在誤差允許范圍內(nèi)，若測得 I0N0N =2=2| NffI、則也 X=5,表明小球僭 1 和呢組成的系統(tǒng)碰撞過程中滿足動量守恒定律。4氣墊導(dǎo)軌上有A、B兩個滑塊，開始時兩個滑塊靜止，它們之間有一根被壓縮的輕質(zhì)彈簧，滑塊間用繩子連接(如圖甲所示)，繩子燒斷后，兩個滑塊向相反方向運動，圖乙為它們運動過程的頻閃照片，頻閃的 頻率為 10 Hz，由圖可知：1 cm甲1()987654321 cm【參考答案】(1) 1.2895X10一2(2) B (3) B D無酋頁査向.面便殛亜(1)A、B離開彈簧后，應(yīng)該做 _運動，已知滑塊A A B

14、 B的質(zhì)量分別為 200 g、300 g，根據(jù)照片記錄的信息，從圖中可以看出閃光照片有明顯與事實不相符合的地方是_。若不計此失誤，分開后，A的動量大小為_ kg m/s,B的動量的大小為_kg m/s。本實驗中得出“在實驗誤差允許范圍內(nèi)，兩滑塊組成的系統(tǒng)動量守恒”這一結(jié)論的依據(jù)是【參考答案】(1)勻速直線；滑塊應(yīng)該有加速過程，然后再勻速運動;(2)0.018 ; 0.018 ; A、B 的動量始終大小相等方向相反.9【名師解析】 A. B 高開彈醫(yī)后，應(yīng)該做勻速直線運動燒斷細線后，在彈蕃恢復(fù)原長的過程中，應(yīng) 先做劑速運動，當(dāng)鼻蓄恢復(fù)嫌長后，滑塊做勻速直線運動由圖中閃光照片可知八滑塊直接做勻速直

15、線運 動，沒有加速過程與事實不符.頻閃磴相的時間間隔 T=Vl/10s =OJs,渭塊 A 的速度 v=V JH9i加滑塊 B 的速度g 刃=0.=0.血劭A 的動量Vi=0.200kg0.09m/s=0.01 Slcg-nt-SjB 的動量 j=fflBVj=0300kgx0.06iu-/sH）J-018kg-m-s由此可見 A、B 的動量劉書等、方向相瓦它們的總動量為零與釋放前的動量相等，因此系統(tǒng)動量守恒.5.某同學(xué)用如圖 1 所示裝置探究A、B兩球在碰撞中動量是否守恒。該同學(xué)利用平拋運動測量兩球碰撞前后 的速度，實驗裝置和具體做法如下，圖中PQ是斜槽，QF為水平槽。實驗時先使A球從斜槽上

16、某一固定位置G由靜止開始滑下，落到位于水平地面的記錄紙上，留下痕跡。重復(fù)上述操作10 次，得到 10 個落點痕跡。再把E球放在水平槽上靠近槽末端的地方，讓A球仍從位置G由靜止開始滑下，和B球碰撞后，A A B B球分別在記錄紙上留下各自的落點痕跡。重復(fù)這種操作10 次，并畫出實驗中 A、B 兩小球落點的平均位置。圖中0點是水平槽末端R在記錄紙上的垂直投影點。其中米尺水平放置，且平行于G R、0所在的豎直平面，Ocm 102030-1050607030901Q0hill 山 ihiiilmihiiiliiihii 山 iiihiihiiihiiiliiiihiiliHihiiiliiiihiMH

17、iihiiiliiii米尺的零點與0點 對齊。圖2 2（1）為了使兩球碰撞為一維碰撞，所選兩球的直徑關(guān)系為：A球的直徑 _B球的直徑（大于”、“等于”或“小于”）；為減小實驗誤差，在兩球碰撞后使A球不反彈，所選用的兩小球質(zhì)量關(guān)系應(yīng)為m_ m（選填“小于”、“大于”或“等于”）；（2） 在以下選項中，哪些是本次實驗 必須進行的測量？答： _ （填選項號）。A、 水平槽上未放B球時，測量 A 球落點位置到O點的距離B、A球與B球碰撞后，測量A球與B球落點位置到0點的距離C、A球和B球在空間飛行的時間D、 測量G點相對于水平槽面的高度（3）已知m和m。E、F、J是實驗中小球落點的平均位置，請你根據(jù)該

18、同學(xué)實驗中所選小球和實驗的記錄紙（圖 2）判斷，A 球沒有碰撞 B 球時的落點是 _點（在E、F、J三個落點中選填），A 球與B 球碰撞后 A 球的落點是 _點（在E、F、J三個落點中選填）。該同學(xué)通過實驗數(shù)據(jù)說明在實驗中 A、B 兩球碰撞中動量守恒，請你用上圖中的字母寫出該同學(xué)判斷動量守恒的表達式是【參考答案】（1）等于 大于（2）AB（ 3）F E nAOF=iAOE+BOJ【名師解析】C1）為了使兩球的碰撞為一維碰撞，則兩球的球心應(yīng)該在一條水平上，故要求兩球的直徑 相等；兩球碰撞過程中，動量守恒，本實驗要求碰后 A 球的動量方向不變，故也大于忸 要殮證動量守瓦 就需要知道碰撞前后的動量，

19、所以要測量兩個小球的質(zhì)量及砸撞前后小球的速度， 碰撞前后小球都他平拋運叭速度可以用水平位移代僮所以需要測量的蚩為： 小球兒丑的質(zhì)童如也記錄紙上。 點到取兀/各點的距離，故選項 AB 正確。（3）F 為碰前入射小球 落點的位 置，E為碰 后入射小球 的位置，J 為碰后被碰 小球的 位置，碰撞 前入射小 球的速度vi=OF/t,碰撞后入 射小球 的速度V2=OE/t,碰撞后 被碰小球 的速度V3=OJ/t, 若nAVi=mBV3+nAV2，則表明 通過該實 驗驗證 了兩球 碰撞過程 中動量 守恒，代入數(shù)據(jù) 得：mOF=nOE+nOJ6.用如題圖所示裝置來驗證動量守恒定律，質(zhì)量為mB 的鋼球 B 放

20、在小支柱上，球心離地面高度為H;質(zhì)量為 mA 的鋼球 A 用細線栓好懸掛于 O 點，當(dāng)細線被拉直時 O 點到球心的距離為 L,且細線與豎直線之間的夾 角為a, A球由靜止釋放，擺到最低點時恰與B 球發(fā)生對心正碰，碰撞后， A 球把輕質(zhì)指示針 C 豎直位置推移到與豎直線夾角為3處，B 球落到地面上，地面上鋪有一張蓋有復(fù)寫紙的白紙D,用來記錄 B 球的落點，測得 B 球的水平射程為 S。111用圖中所示各個物理量的符號表示碰撞前后A B兩球的動量（設(shè)A、B兩球碰撞前的動量分別為PA、pB,碰撞后的動量分別為PA、PB），貝U：_PA= _；PA=_ ；PB=_ ；PB=。2請你提出兩條提高實驗精度

21、的建議：【參考答案】.mA、2gL（1-cos：） mA. 2gL（1-cos：）0值不要太小；由于實驗不計空氣阻力，所以A、B 兩球質(zhì)量不要太??；A 球質(zhì)量要比 B 球質(zhì)量大。（答出任意兩條即可得 2 分）【名師解析】碰撞前小球由擺角肛處冋下擺動，機械能守恒，碰撞前小球A的速2 2度侶衛(wèi)頼匚；碰撞前小球A的動量刃產(chǎn)料嚴m(xù) m2gL2gL（-cosa-cosa）；碰撞后小球A擺動到最犬1 _擺甬為#處，由1初丘=燃?。?-ccO得碰撞后小球A的速度與心 8、碰撞后小球A的動量1碰撞后小球做平牠運動，由能曲 H=護得 i=撞后小球B的動重WWEVB=為消除偶然誤差，讓 A 球多次從同一位置擺下，

22、求 B 球落點的平均位置；為了較精確測量a角，a角??；HS麗為消除偶然誤差，讓 A 球多次從同一位置擺下，求B 球落點的平均位置；為了較精確測量a角，a角取值不要太??；由于實驗不計空氣阻力，所以A、B 兩球質(zhì)量不要太?。籄 球質(zhì)量要比 B 球質(zhì)量大。7.如圖所示，已知 A、B 兩物體的質(zhì)量關(guān)系為m=1.5m， 拍攝共進行了四次。第一次是在兩滑塊相撞之前,13以后的三次是在碰撞之后。 A 原來處于靜止?fàn)顟B(tài)，設(shè) A、B 滑塊在拍攝閃光照片的這段時間內(nèi)是在105 cm 這段范圍內(nèi)運動（以滑塊上的箭頭位置為準(zhǔn)），試根據(jù)閃光照片（閃光時間間隔為0.4s），分析得出:（1）A 滑塊碰撞前的速度VA=_；

23、B 滑塊碰撞前的速度VB=_ 。A 滑塊碰撞前的速度VA =_； B 滑塊碰撞前的速度VB =_。2根據(jù)閃光照片分析說明碰撞發(fā)生位置在刻度尺cm刻度處。（3）根據(jù)閃光照片分析得出兩滑塊碰撞前兩個物體各自的質(zhì)量與自己的速度的乘積之和是_；（以m表示）兩滑塊碰撞前兩個物體各自的質(zhì)量與自己的速度的乘積之和是（以m表示）。【參考答案】（1）01.00m/s0.75m/s0.50m/s（2）30（ 3） 1.5m1.5m【名師解析】閃光時間間隔為 T=0.4so由團分析可知：砸撞后 B物體在一個閃光時間間幅內(nèi)從 40cm刻度運動到 Mem刻度處, 移動距離為SB7=60cni -40cm=2cm=0,2

24、0mB 物體速度*=國-O.SOmoT碰撞后A物體在一個閃光時間間隔內(nèi)從 45cm刻度運動到 75cm 刻度，移動距離為SA =75cm -45cm=30cm=0.30m，A物體速度VA =T=0.75m/s。從發(fā)生碰撞到第二次拍攝照片，A 從 30cm 刻度運動到 45cm 刻度，運動距離SA =45cm -30cm=15cm=0.15m，運動的時間是11=SA-=0.2S。VA由此可知：從拍攝第一次照片到發(fā)生碰撞的時間為t2=（0.4-0.2）s=0.2 s，10 cm 至所以發(fā)生碰撞時A物體在 30cm 刻度處，速度VA=0。從拍攝第一次照片到發(fā)生碰撞B 物體從 10cm 刻度運動到 3

25、0cm 刻度，運動距離 SB=30cm-10cm=20cm=0.20m碰撞前B物體的速度為VB=SB=1.00m/s。t2碰撞前：mvA+mvB=1.5 m碰撞后：mvA+mBVB=0.75m+0.75m=1.5mA所以RAVA+RBVB=HAvA+mBVB，即碰撞前后兩個物體各自的質(zhì)量與自己的速度的乘積之和是不變量。8.兩位同學(xué)用如圖甲所示裝置，通過半徑相同的A AB兩球的碰撞來驗證動量守恒定律。甲同學(xué)測量所得入射球A的質(zhì)量為RA,被碰撞小球B的質(zhì)量為RB,圖甲中O點是小球拋出點在水平地面 上的垂直投影，實驗時，先讓入射球A從斜軌上的起始位置由靜止釋放，找到其平均落點的位置P,測得平拋射程為

26、OP再將入射球A從斜軌上起始位置由靜止釋放，與小球B相撞，分別找到球A和球B相撞后的平均落點M N,測得平拋射程分別為OM和ON當(dāng)所測物理量滿足表達式 _ 時，即說明兩球碰撞中動量守恒；如果滿足表達式 _時，則說明兩球的碰撞為完全彈性碰撞。乙同學(xué)也用上述兩球進行實驗，但將實驗裝置進行了改裝：如圖乙所示，將白紙、復(fù)寫紙固定在豎直放置的木條上，用來記錄實驗中球A、球B與木條的撞擊點。實驗時，首先將木條豎直立在軌道末端右側(cè)并與爲(wèi)皿4曲 M P N圏甲囹O15軌道接觸，讓入射球A從斜軌上起始位置由靜止釋放，撞擊點為B;然后將木條平移到圖中所示位置，入 射球A從斜軌上起始位置由靜止釋放，確定其撞擊點P;

27、再將入射球A從斜軌上起始位置由靜止釋放，與球B相撞，確定球A和球B相撞后的撞擊點分別為M和N。測得B與N、P、M各點的高度差分別為hi、h2、h3。若所測物理量滿足表達式時，則說明球A和球B碰撞中動量守恒。16【參考答案】OP=m- OM ON OF+OMONJh2 h3【名師解析】根據(jù)平拋運動小球飛彳亍時間相同，可以采用位移晉代小球速度，由動量守恒走律可知，當(dāng) 所測物理量滿足表達式m,m, OP=mOP=mJ JOO OOf f即說明兩球砸撞中動量守恒。若兩球的碰撞為完全彈性 碰撞則需要滿足：噸（0P0P）他（atO 4晦兩式聯(lián)立降畀可得OP+OONOP+OONt t即如果満 足表達式0P+020N時，則說明兩球的碰撞為完全弾性碰撞。將木條平移到圖中所示位置，入射球A從斜軌上起始位置由靜止釋放，其撞擊點P。由平拋運動規(guī)律，x=vto,h2