高考物理十年試題分類解析專題46驗證動量守恒定律

1、十年高考試題分類解析-物理1 （2011北京理綜卷）如圖2,用“碰撞試驗器”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。t P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圖2中O點是小球拋出點在地面上的垂直投影，實驗時，先讓入射球日多次從斜軌上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 OP ,然后，把被碰小球 m2靜止于軌道的水平部分， 再將入射小球 日從斜軌上S位置靜止釋放，與小球 町 相撞，并多次重復(fù)。接下來要

2、完成的必要步驟是（填選項的符號）A.用天平測量兩個小球的質(zhì)量 mi、m2B.測量小球m1開始釋放高度hC.測量拋出點距地面的高度hD.分別找到田，m2相碰后平均落地點的位置 M NE.測量平拋射程OM, ON若兩球相碰前后的動量守恒， 其表達(dá)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(dá)式為 （用中測量的量表示）。經(jīng)測定，m1 = 45.0g, m2 =7.5g，小球落地點的平均位置距o點的距離如圖3所示。.1 5 riprn4* VI1144.80 cm55.60cm碰撞前、后m的動量分別為pi與p/，則pi：p i = ： 11;若碰撞結(jié)束時 位的動量為p2， 貝

3、U pi : p 2 =11:實驗結(jié)果說明，碰撞前、后總動量的比值一p一為Ri 2設(shè)小球平拋運動時間為 t ,碰撞前m的動量為pi=45.0 X iO-3 X 44.80 X i0-2/t ,碰撞后 m 的動量為 pi =45.0 X iO-3 X 35.20 X i0-2/t ,則 pi：p / =i4： ii;碰撞后 m 的動量為 p2 =7.5 X i0-3X 55.60 X i0-2/t ,貝U pi : p 2 =ii:2.9有同學(xué)認(rèn)為，在上述實驗中僅更換兩個小球的材質(zhì)，其它條件不變，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

4、值為cm【解析】5手實驗中小球平拋運動時間相同,將速度測量轉(zhuǎn)化為水平位移測量, 由動量守恒定律和彈性碰撞前后動能相等可得m_ OM-bmrON= m_ OP ,ni2ON=設(shè)小球平拋運動時間為t,碰撞前m：的動量為p=45,0X 10-X 44.80Xl（r （2009 四川理綜）氣墊導(dǎo)軌（如圖甲）工作時，空氣從導(dǎo)軌表面的小孔噴出，在導(dǎo)軌表面和滑塊內(nèi)表面之間形成一層薄薄的空氣層，使滑塊不與導(dǎo)軌表面直接接觸， 大大減小了滑塊運動時的阻力。為了驗證動量守恒定律， 在水平氣墊導(dǎo)軌上放置兩個質(zhì)量均為a的滑塊，每個滑塊的一端分別與穿過打點計時器的紙帶相連，兩個打點計時器所用電源的頻率均為b.氣墊導(dǎo)軌正常

5、工作A. 碰撞后 m：的動量為 pi=4S.0X 10a X 35.20X 10% 則 p:：pf-14 : 11?碰撞后口的動量為p/=7.5X10。X 55.60* 10刃t,則出:出=1129實驗結(jié)果說明，碰撞前、后總動量的比值，二二L土。小十小11+2。 13.9在上述實的中僅更換兩個小球的材質(zhì)，使它們做彈性碰撞，其它條件不變，由m二心二中二9聲可得 ON= OP,代人 叫+蹊、中已知的數(shù)據(jù)得0N=76.85口【答案】CADE或DEA或DAEm l 9M+ m2*ON= myOPm：-0M2+ rr）2ON2= mOP2-142.976. R圖甲【點評】此題考查用碰撞實驗器驗證動量守恒

6、定律實驗,綜合性強.后，接通兩個打點計時器的電源， 并讓兩滑塊以不同的速度相向運動，兩滑塊相碰后粘在一起繼續(xù)運動。圖乙為某次實驗打出的、點跡清晰的紙帶的一部分，在紙帶上以同間距的6個連續(xù)點為一段劃分紙帶，用刻度尺分別量出其長度S1、S2和S3.若題中各物理量的單位均為國際單位，那么，碰撞前兩滑塊的動量大小分別為 、,兩滑塊的總動 量大小為 ;碰撞后兩滑塊的總動量大小為 。重復(fù)上述實驗，多做幾次。 若碰撞前、后兩滑塊的總動量在實驗誤差允許的范圍內(nèi)相等，則動量守恒定律得到驗證。用乙答案（2）0.2og（2 分）；0.2（2 分）；（第 L 2 空答案可互換）0.2ab（s-S3）（4 分）:04（

7、3 分）解析：由于兩滑塊相向運動，碰撞后速度減小，所以上面紙帶左側(cè)是碰撞前一個 滑塊運動所打的紙帶，下面紙帶是碰撞前另一個滑塊運動所打的紙帶，上面紙帶 右側(cè)是碰撞后兩個滑塊粘在一起繼續(xù)運動所打的紙帶。根據(jù)電源的頻率為b可知 打相鄰兩點之間的時間為Lh 6個連續(xù)點時間間隔為Xb,兩滑塊碰前的速度分 別為叱=0,2s二b、y; = 0,2s3b,碰撞前兩個滑塊的動量分別為p二二”二二0.2口皿l和 p2 = av2 = 0.2 abs碰撞后兩滑塊粘合在一起的速度為v= 0.2b,兩滑塊的總動 量大小為p=2av=0.2ab（s：-55o碰撞后兩滑塊的總動量大小為。.2乂2弧亡0.4岫5）3.（ 2

8、008年寧夏理綜）某同學(xué)利用如圖所示的裝置驗證動量守恒定律.圖中兩擺擺長相同，懸掛于同一高度，A、B兩擺球均很小，質(zhì)量之比為 1 : 2.當(dāng)兩擺均處于自由靜止 丁丁狀態(tài)時，其側(cè)面剛好接觸.向右上方拉動B球使其擺線伸直并與豎直方向成45角，然后將其由靜止釋放.結(jié)果觀察到兩擺球粘在一起擺動，且最大擺角成30。.若本實驗允許的最大誤差為4%,此實驗是否成功地驗證了動量守恒定律？3.解析：擺球A、B的質(zhì)量分別為 m、g擺長為l, B球的初始高度為hi,碰撞前 A 6bB B球的速度為Vb,在不考慮擺線質(zhì)量的情況下，根據(jù)題意及機械能守恒定律得h1 =l(1 - cos45 )1 2 mBVB : mBg

9、hi2設(shè)碰撞前、后兩擺球的總動量的大小分別為巴、P”有 P 二mVs解得；/? = J2（1-COS450）同理可得：=（%+嗎）/第Q-gs300）解得：名=% +啊吐酒片 啊 V1 - cos45產(chǎn)Y即:上=1.03由此可以推出；忤里|=3%4%所以，此實驗在規(guī)定的范圍內(nèi)驗證了動量守恒定律.（ 2007 全國卷I ） 碰撞的恢復(fù)系數(shù)的定義為e= Jv2_vL ,其中vio和V20分別是碰撞前兩物體的速度， V20 -VioV1和V2分別是碰撞后物體的速度。彈性碰撞的恢復(fù)系數(shù)e=1,非彈性碰撞的e1o某同學(xué)借用驗證動力守恒定律的實驗裝置（如圖所示）驗證彈性碰撞的恢復(fù)系數(shù)是否為1,實驗中使用半

10、徑相等的鋼質(zhì)小球1和2 （它們之間的碰撞可近似視為彈性碰撞），且小球1的質(zhì)量大于小球2的質(zhì) 量。實驗步驟如下：安裝好實驗裝置，做好測量前的準(zhǔn)備，并記下重錘線所指的位置Q第一步，不放小球 2,讓小球1從斜才t上A點由靜止?jié)L下，并落在地面上。重復(fù)多次，用盡可能小的圓把小球的所落點圈在里面，其圓心就是小球落點的平均位置。第二步，把小球2放在斜槽前端邊緣處 C點，讓小球1從A點由靜止?jié)L下，使它們碰撞。重復(fù)多次，并使用與第一步同樣的方法分別標(biāo)出碰撞后小球落點的平均位置。第三步，用刻度尺分別測量三個落地點的平均位置離O點的距離，即線段 OM OR ON勺長度。上述實驗中，P點是 平均位置，M點是 平均位置

11、，N點是 平均位置請寫出本實驗的原理 寫出用測量量表示的恢復(fù)系數(shù)的表達(dá)式 。三個落地點距 O點的距離OM OP ONW實驗所用的小球質(zhì)量是否有關(guān)系?解析：?？谑菦]有放被碰小球時小球1的平拋運動位移，0P與小球的質(zhì)量無關(guān); 0M是小球1與被碰小球2碰撞后小球1的平拋運動位移。若被碰小球2質(zhì)量小, 則小球1動量損失少，0M大，否則OM??；ON是小球1與被碰小球2碰撞后 小球2的平拋運動位移.若被碰小球2質(zhì)量小，碰撞后速度大，ON大，否則 ON小。答案:在實驗的第一步中小球1落點的小球1與小球2碰后小球1落點的小球2落點的小球從憎口 C飛出后均做平拋運動，飛行的時間相同，假設(shè)為工.則有 OP=vts

12、 OM=vtf ON=V2t,小球，碰撞前就匕即以=0唧 V1 _ OX-OM _ 0X-0M耳：| OP-O OP在誤差允許的范圍內(nèi)，如果白但，即的證了彈性碰撞的恢復(fù)系數(shù)為 ON-OM 0=oOPOP與小球的質(zhì)量無關(guān)，OM和ON與小球的質(zhì)量有關(guān)點評此題將碰撞的恢復(fù)系數(shù)與動量守恒定律物證綜合在一起，體現(xiàn)了高考緊扣 教材而不拘泥教材的命題原則，有利于選拔具有潛能的人才（ 2006 天津理綜）用半徑相同的兩小球A、B的碰撞驗證動量守恒定律，實驗裝置示意如圖，斜槽與水平槽圓滑連接。實驗時先不放B球，使A球從斜槽上某一固定點 C由靜止?jié)L 下，落到位于水平地面的記錄紙上留下痕跡。再把B求靜置于水平槽前端

13、邊緣處，讓A球仍從C處由靜止?jié)L下，A球和B球碰撞后分別落在記錄紙上留下各自的痕跡。記錄紙上的O點是垂直所指的位置，若測得各落點痕跡到O點的距離：O陣2.68cm , O%8.62cm, ON巴包=%（結(jié)果保留一位有效數(shù)字）。M PN11.50cm,并知A、B兩球的質(zhì)量比為 2： 1,則未放B球時A球落地點是記錄紙上的 點，系統(tǒng)碰撞前總動量 P與碰撞后總動量 P的百分誤差答案：P 2in+rcOP j OS!OS 白岑 mmWjf p =mA * + me ,，即以ttt|j - y| 啊 OP-mA - OXI + ms - tZV)p% OP，代入數(shù)據(jù)解得以上L 2治 P6 (2000天津、

14、江西卷)某同學(xué)用圖1所示裝置通過半徑相同的 A、B兩球的碰撞來驗證動 量守恒定律，圖1中PQ是斜槽，QR為水平槽，實驗時先使 A球從斜槽上某一固定位置 G由 靜止開始滾下，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B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，讓A球仍從位置G由靜止開始滾下，和B球碰撞后，A、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，圖1中O點是水平槽末端 R在記錄紙上的垂直投影點，B球落點痕跡如圖2所示，其中米尺水平放置，且平行于 G R O所在的平面，米尺的零點與O點對齊。(1)碰撞后B球的水平射程應(yīng)為 cm。(2)在以下選項中，哪些是本次實驗必須進(jìn)行的測量？答： (填選項號)(A)水平才t上放 B球時，測量A球落點