驗(yàn)證動量守恒定律實(shí)驗(yàn)測試題及解析

驗(yàn)證動量守恒定律實(shí)驗(yàn)測試題及解析1.如圖（a）所示，沖擊擺是一個(gè)用細(xì)線懸掛著的擺塊，彈丸擊中擺塊時(shí)陷入擺塊內(nèi)，使擺塊擺至某高度，利用這種裝置可以測出彈丸的發(fā)射速度。圖（a）實(shí)驗(yàn)步驟如下：①用天平測出彈丸的質(zhì)量 m和擺塊的質(zhì)量M;②將實(shí)驗(yàn)裝置水平放在桌子上，調(diào)節(jié)擺繩的長度，使彈丸恰好能射入擺塊內(nèi)，并使擺塊擺動平穩(wěn),同時(shí)用刻度尺測出擺長；③讓擺塊靜止在平衡位置，扳動彈簧槍的扳機(jī)，把彈丸射入擺塊內(nèi)，擺塊和彈丸推動指針一起擺動,記下指針的最大偏角；④多次重復(fù)步驟③，記錄指針最大偏角的平均值；⑤換不同擋位測量，并將結(jié)果填入下表。擋位平均最大偏角自度彈丸質(zhì)量m/kg擺塊質(zhì)量M/kg擺長l/m彈丸的速度v, 一1/ms低速擋15.70.007650.07890.2705.03中速擋19.10.007650.07890.2706.77高速擋0.007650.07890.2707.15完成下列填空：（1）現(xiàn)測得高速擋指針最大偏角如圖 （b）所示，請將表中數(shù)據(jù)補(bǔ)充完整： 0=。（2）用上述測量的物理量表示發(fā)射彈丸的速度 v=。（已知重力加速度為g）（3）為減小實(shí)驗(yàn)誤差，每次實(shí)驗(yàn)前，并不是將指針置于豎直方向的零刻度處，常常需要試射并記下各擋對應(yīng)的最大指針偏角，每次正式射擊前，應(yīng)預(yù)置指針，使其偏角略小于該擋的最大偏角。請寫出這樣做的一個(gè)理由： 解析：（1）分度值為1°,故讀數(shù)為22.4（22.1?22.7均正確）。（2）彈丸射入擺塊內(nèi)，系統(tǒng)動量守恒：mv=（m+M）v'擺塊向上擺動，由機(jī)械能守恒定律得：12(m+M)v2=(m+M)gl(1—cos)),聯(lián)立解得：v=m*"\/2gl1—cos0o(3)較大的速度碰撞指針，會損失較多的機(jī)械能 (其他理由，如“擺塊在推動指針偏轉(zhuǎn)時(shí)要克服摩擦力做功”、“指針擺動較長的距離損失的機(jī)械能較多 ”等，只要合理即可)。答案：(1)22.4(22.1?22.7均正確)m+M (2)-m72gl1-cos0(3)較大的速度碰撞指針，會損失較多的機(jī)械能2.“槍支比動能eo”是反映槍支威力的一個(gè)參數(shù)，已知 eo=E0,式中E。是子彈離開槍口時(shí)的動能，SS是子彈的橫截面積(若子彈是球形，則S是過球心的截面圓面積)?！癑2136沖擊擺實(shí)驗(yàn)器”是物理實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)器材，可以用來測量彈簧槍的比動能 e0,如圖甲所示，左側(cè)是可以發(fā)射球形子彈的彈簧槍，中間立柱上懸掛小擺塊，擺塊一般用塑料制成，正對槍口處有一水平方向的錐形孔 (使彈丸容易射入并與擺塊結(jié)合為一體)。擺塊擺動的最大角。可由刻度盤讀出。(重力加速度大小為g)乙(1)用游標(biāo)卡尺測量子彈直徑，測量結(jié)果如圖乙所示，子彈的直徑d=mm。(2)實(shí)驗(yàn)開始之前，必須測量的物理量為子彈直徑 d以及和。(寫出物理量及其表示字母)(3)實(shí)驗(yàn)步驟如下：①將沖擊擺實(shí)驗(yàn)器放在桌上，調(diào)節(jié)底座上的調(diào)平螺絲，使底座水平；②再調(diào)節(jié)支架上端的調(diào)節(jié)螺絲，改變懸線的長度，使擺塊的孔洞跟槍口正對，并且使擺塊右側(cè)與刻度對齊；③此時(shí)用刻度尺測量出擺長 L;④扣動彈簧槍扳機(jī)，打出子彈，記錄下擺塊的最大擺角；⑤多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，計(jì)算出擺塊最大擺角的平均值 0;⑥處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。(4)子彈的發(fā)射速度為 vo=,彈簧槍的比動能為 eo=。(用已知量和測量量的字母表示)(5)由于存在系統(tǒng)誤差，使得測量值理論值。(選填“大于”“小于”或“等于” )解析：(1)主尺讀數(shù)為1.0cm,游標(biāo)讀數(shù)為0.02X26=0.52mm,所以最終讀數(shù)為 10mm+0.52mm=10.52mm;(2)本實(shí)驗(yàn)中要確定子彈的動能，所以在實(shí)驗(yàn)前應(yīng)先測量出子彈的質(zhì)量m和擺塊的質(zhì)量M示)(5)由于存在系統(tǒng)誤差，使得測量值理論值。(選填“大于”“小于”或“等于” )解析：(1)主尺讀數(shù)為1.0cm,游標(biāo)讀數(shù)為0.02X26=0.52mm,所以最終讀數(shù)為 10mm+0.52mm=10.52mm;(2)本實(shí)驗(yàn)中要確定子彈的動能，所以在實(shí)驗(yàn)前應(yīng)先測量出子彈的質(zhì)量m和擺塊的質(zhì)量M;(4)根據(jù)機(jī)械能守恒定律可知, 八、1… 、2(m+M)gL(1—cos@=2(M+m)v2根據(jù)動量守恒定律可知： mvo=(M+m)v,聯(lián)立解得：子彈的速度為:m+M v0= mU2gL1—cos0;2.根據(jù)比動能的定義式可知：時(shí)號品=界02,截面積S=，2,解得比動能e0=4M+mgd1-cos°(5)由于擺塊在運(yùn)動中存在空氣阻力做功，因此求出的子彈的速度偏小，故測量值一定小于真實(shí)值。答案：⑴10.52(2)子彈質(zhì)量m擺塊質(zhì)量Mm+Mt 4M+m2gL1—cos0(4)-m-^2gL1-cose ^d (5)小于3.某同學(xué)現(xiàn)用如圖甲所示的氣墊導(dǎo)軌和光電門裝置來“驗(yàn)證動量守恒定律”，在氣墊導(dǎo)軌右端固定一彈簧，滑塊b的右端有強(qiáng)粘性的膠水。 圖中滑塊a和擋光片的總質(zhì)量為m〔=0.620kg,滑塊b的質(zhì)量為m2=0.410kg,實(shí)驗(yàn)步驟如下：①按圖安裝好實(shí)驗(yàn)器材后，接通氣源，先將滑塊a置于氣墊導(dǎo)軌上，然后調(diào)節(jié)底腳螺絲，直到輕推滑塊后，滑塊上的擋光片通過兩個(gè)光電門的時(shí)間②將滑塊b置于兩光電門之間，將滑塊a置于光電門1的右端，然后將滑塊a水平壓縮彈簧，滑塊a在彈簧的作用下向左彈射出去，通過光電門 1后繼續(xù)向左滑動并與滑塊b發(fā)生碰撞;③兩滑塊碰撞后粘合在一起向左運(yùn)動，并通過光電門2；④實(shí)驗(yàn)后，分別記錄下滑塊 a擋光片通過光電門1的時(shí)間G,兩滑塊一起運(yùn)動擋光片通過光電門 2的時(shí)間t2。光電門2緩沖裝置甲彈簧I光電門2緩沖裝置甲彈簧I滑塊占thiiTTriiiitriiriiRTiitiiiitiriiiiirnillifiitt—滑塊&<8氣型導(dǎo)軌cm1111]11[]111川口1j10 15 20乙⑴完成實(shí)驗(yàn)步驟①中所缺少的內(nèi)容。(2)實(shí)驗(yàn)前用一游標(biāo)卡尺測得擋光片的寬度 d如圖乙所示，則d=cm。(3)設(shè)擋光片通過光電門的時(shí)間為 困，則滑塊通過光電門的速度可表示為 v=(用d、At表示)。(4)實(shí)驗(yàn)中測得滑塊a經(jīng)過光電門1的速度為vi=2.00m/s,兩滑塊經(jīng)過光電門2的速度為V2=1.20m/s,將兩滑塊和擋光片看成一個(gè)系統(tǒng)，則系統(tǒng)在兩滑塊相互作用前、后的總動量分別為 pi=kgmIs,p2=kgm/s(結(jié)果均保留3位小數(shù))。解析：(1)在步驟①中氣墊導(dǎo)軌安裝時(shí)應(yīng)保持水平狀態(tài)，滑塊在軌道上應(yīng)做勻速直線運(yùn)動，故滑塊上的擋光片通過兩光電門的時(shí)間相等。(2)游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為15mm,游標(biāo)尺讀數(shù)為0.05X10mm=0.50mm,所以擋光片的寬度為 d=15mm+0.50mm=15.50mm=1.550cm。(3)由于擋光片的寬度比較小，故擋光片通過光電門的時(shí)間比較短，因此可將擋光片通過光電門的平均速度看成滑塊通過光電門的瞬時(shí)速度，故滑塊通過光電門的速度可表示為 v=-dto(4)兩滑塊相互作用前系統(tǒng)的總動量為 p1=m1V1=0.620x2.00kgmIs=1.240kgm/5。兩滑塊相互作用后系統(tǒng)的總動量為P2=(m1+m2)v2=(0.620+0.410)乂1.20kgmIs=1.236kgm/s。答案：(1)相等(2)1.550(3)S(4)1.2401.2364.為了驗(yàn)證動量守恒定律(探究碰撞中的不變量)，某同學(xué)選取了兩個(gè)材質(zhì)相同、體積不等的立方體滑塊A和B,按下述步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：步驟1:在A、B的相撞面分別裝上尼龍拉扣，以便二者相撞以后能夠立刻結(jié)為整體；步驟2:安裝好實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲，鋁質(zhì)軌道槽的左端是傾斜槽，右端是長直水平槽，傾斜槽和水平槽由一小段弧連接，軌道槽被固定在水平桌面上，在軌道槽的側(cè)面與軌道等高且適當(dāng)遠(yuǎn)處裝一臺數(shù)碼頻閃照相機(jī)；步驟3:讓滑塊B靜置于水平槽的某處， 滑塊A從斜槽某處由靜止釋放， 同時(shí)開始頻閃拍攝，直到A、B停止運(yùn)動，得到一幅多次曝光的數(shù)碼照片；步驟4:多次重復(fù)步驟3,得到多幅照片，挑出其中最理想的一幅，打印出來，將刻度尺緊靠照片放置，如圖乙所示。(1)由圖分析可知，滑塊A與滑塊B碰撞發(fā)生的位置在①P5、P6之間 ②P6處③P6、P7之間

(2)為了探究碰撞中動量是否守恒，需要直接測量或讀取的物理量是。①A、B兩個(gè)滑塊的質(zhì)量mi和m2②滑塊A釋放時(shí)距桌面的高度③頻閃照相的周期④照片尺寸和實(shí)際尺寸的比例⑤照片上測得的S45、S56和S67、S78⑥照片上測得的 S34、S45、S56和S67、S78、S89⑦滑塊與桌面間的動摩擦因數(shù)寫出驗(yàn)證動量守恒的表達(dá)式 (3)請你寫出一條有利于提高實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確度或改進(jìn)實(shí)驗(yàn)原理的建議：解析：(1)由題圖可知碰撞位置發(fā)生在 P5、P6之間或P6處，又由于P6位置滑塊速度明顯減小，故A、B相撞的位置在P6B相撞的位置在P6處，故②正確。(2)設(shè)碰撞前滑塊 A在P4、P5、P6的速度分別為V4、V5、V6,碰撞后，整體在 P6、4 7 rr S34+S45 S45+S56p V4+V6左力/曰7*希"MM A、擊先為V6 、V7、V8,貝U V4=~2T—, V5=-2T ,又V5= 2 ,斛得碰撞前滑塊A速度——. 2S67+S78-S89 同理，碰撞后整體的速度 V6'=2T，需要驗(yàn)證的方程為miv6=(mi+m2)v6'P7、2s56+S45-S34V6= ,2T',將以上兩式代入整理得mi(2S56+S45-S34)=(mi+m2)(2S67+S78—S89),故需要直接測量的物理量是 A、B兩個(gè)滑塊的質(zhì)量mi和m2及S34、S45、S56和S67、S78、S89,故①、⑥正確。(3)提高實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確度或改進(jìn)實(shí)驗(yàn)原理的建議：①使用更平整的軌道槽，軌道要平整，防止各段摩擦力不同，滑塊做非勻變速運(yùn)動。②在足夠成像的前提下，縮短頻閃照相每次曝光的時(shí)間，碰撞時(shí)間很短，縮短頻閃照相每次曝光的時(shí)間，使滑塊碰撞位置拍攝更清晰、準(zhǔn)確。③適當(dāng)增大相機(jī)和軌道槽的距離，相機(jī)和軌道槽的距離較小時(shí)，由于鏡頭拍攝引起的距離誤差增大,應(yīng)適當(dāng)增大相機(jī)和軌道槽的距離。④將軌道的一端墊起少許，平衡摩擦力，使得滑塊碰撞前后都做勻速運(yùn)動。答案：(i)②(2)①⑥mi(2S56+S45—S34)=(mi+m2)(2S67+S78—S89)(3)見解析(任意一條即可)5.氣墊導(dǎo)軌是常用的一種實(shí)驗(yàn)儀器，它是利用氣泵使帶孔的導(dǎo)軌與滑塊之間形成氣墊，使滑塊懸浮在導(dǎo)軌上，滑塊在導(dǎo)軌上的運(yùn)動可視為沒有摩擦。我們可以用帶豎直擋板 C和D的氣墊導(dǎo)軌以及滑塊A和B來驗(yàn)證動量守恒定律，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示 (彈簧的長度忽略不計(jì))。采用的實(shí)驗(yàn)步驟如下:①用天平分別測出滑塊A、B的質(zhì)量mA、mB。②調(diào)整氣墊導(dǎo)軌，使導(dǎo)軌處于水平。③在A和B間放入一個(gè)被壓縮的輕彈簧，用電動卡銷鎖定，靜止放置在氣墊導(dǎo)軌上。④用刻度尺測出A的左端至C板的距離Li。⑤按下電鈕放開卡銷，同時(shí)使分別記錄滑塊 A、B運(yùn)動時(shí)間的計(jì)時(shí)器開始工作。當(dāng)A、B滑塊分別碰撞C、D擋板時(shí)停止計(jì)時(shí)，記下A、B分別到達(dá)C、D的運(yùn)動時(shí)間ti和t2。(1)實(shí)驗(yàn)中還應(yīng)測量的物理量是 (2)利用上述測量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證動量守恒定律的表達(dá)式是,式子中算得的A、B兩滑塊的動量大小并不完全相等，產(chǎn)生誤差的原因是(3)利用上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)能否測出被壓縮彈簧的彈性勢能的大??？如能，請寫出表達(dá)式:①選取兩塊表面粗糙程度相同的物塊 A、Bo②將兩個(gè)粘扣分別釘?shù)絻晌飰K的側(cè)面上，使兩物塊相碰時(shí)能粘合在一起。③讓物塊A從斜面上某一位置O處由靜止開始滑下，記下物塊A在水平面上停下的位置P(多次滑下以準(zhǔn)確確定位置P),如圖b所示。④在靠近斜面底端處放物塊 B,并使帶有粘扣的一側(cè)朝左，標(biāo)出此時(shí) B所處位置M,如圖c所示，讓物塊A從同一位置O處由靜止開始滑下，A、B碰撞后粘合在一起，標(biāo)出停止時(shí)兩物塊的位置 N,如圖c所示。⑤用刻度尺測MP、MN的長度&和S2,用天平測出A、B的質(zhì)量mA、mB。(1)只要mA、mB、si、S2之間滿足關(guān)系式,就可以認(rèn)為碰撞瞬間A、B系統(tǒng)的總動量保持不變。(2)為了增大碰前物塊A的速度，可采取的措施有：①;②解析：(1)驗(yàn)證動量守恒，需要知道物體的運(yùn)動速度，在已經(jīng)知道運(yùn)動時(shí)間的前提下，需要測量運(yùn)動物體的位移，即需要測量的量是 B的右端至D板的距離L2。(2)由于運(yùn)動前兩物體是靜止的，故總動量為零，運(yùn)動后兩物體是向相反方向運(yùn)動的，設(shè)向左運(yùn)動為正，則有rnAvA—mBVB=0即rnAF—mBB~=0。造成誤差的原因：一■是測量本身就存在誤差， 如測量質(zhì)量、tit2時(shí)間、距離等存在誤差；二是空氣阻力或者是導(dǎo)軌不是水平的等。1 Li*2 L22(3)根據(jù)能量守恒知，兩運(yùn)動物體獲得的動能就是彈簧的彈性勢能。故有