2021屆高考物理三輪沖刺突破訓(xùn)練：驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)(解析版)

驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)【原卷】

1.用如圖所示的裝置可以驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，在滑塊A和B相碰的端面上

裝上彈性碰撞架，它們的上端裝有等寬的擋光片。

(1)實(shí)驗(yàn)前需要調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌水平：在軌道上只放滑塊A,輕推一下滑塊A,

其通過光電門?和光電門b的時(shí)間分別為力、5當(dāng)以填“〉”、

則說明氣墊導(dǎo)軌水平；

(2)滑塊B置于光電門方的左側(cè)，滑塊A靜置于兩光電門間的某一適當(dāng)位置。

給B一個(gè)向右的初速度，通過光電門的時(shí)間為加…B與A碰撞后再次通

過光電門8的時(shí)間為△/2，滑塊A通過光電門，的時(shí)間為加3。為完成該實(shí)驗(yàn)，

還必需測(cè)量的物理量有

A.擋光片的寬度”

B.滑塊B的總質(zhì)量〃”

C.滑塊A的總質(zhì)量，”2

D.光電門“到光電門〃的間距L

(3)若滑塊A和B在碰撞的過程中動(dòng)量守恒，則應(yīng)該滿足的表達(dá)式為：

(用已知量和測(cè)量量表示)

2.一個(gè)物理學(xué)習(xí)小組利用圖甲所示的裝置和頻閃相機(jī)來驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律。

其實(shí)驗(yàn)步驟如下：

步驟1：用天平測(cè)出/、6兩個(gè)小球的質(zhì)量〃以、

步驟2：安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，使斜槽末端保持水平，調(diào)整好頻閃相機(jī)的位置并

固定；

步驟3：讓入射小球從斜槽上某一位置P由靜止釋放，小球離開斜槽后，用

頻閃相機(jī)記錄下小球相鄰兩次閃光時(shí)的位置，照片如圖乙所示；

步驟4：將被碰小球放在斜槽末端，讓入射小球從位置P由靜止開始釋放,

使它們碰撞。兩小球離開斜槽后，用頻閃相機(jī)記錄兩小球相鄰兩次閃光時(shí)的

位置，照片如圖丙所示。經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)，他們猜想碰撞前后物體的質(zhì)量和速度

的乘積之和不變。

工

?工

士

工

士

士

士士

十十

J.lJ.L

49iH

J：

3-riT±

n:s

+KT二》七Xi:t

工i;,TT

j士

zi.二

士

T士ZI

iiril

口實(shí)驗(yàn)中放在斜槽末端的小球是（選填"A”或"B”）；

□若要驗(yàn)證他們的猜想，需要在照片中直接測(cè)量的物理量有—、―、—

（選填“XO”“JO”“X1”加”“X2”“J2”）。寫出該實(shí)驗(yàn)小組猜想結(jié)果的表達(dá)式

（用測(cè)量量表示）。

□他們?cè)谡n外書中看到“兩物體碰撞中有彈性碰撞和非彈性碰撞之分,碰撞中

的恢復(fù)系數(shù)定義為折嶺一'\，其中也。和以。分別是碰撞前兩物體的速度，

1J彩0-匕ol

也和以分別是碰撞后兩物體的速度，彈性碰撞恢復(fù)系數(shù)e=l,非彈性碰撞恢

復(fù)系數(shù)eVl?！庇谑撬麄兏鶕?jù)照片中的信息求出本次實(shí)驗(yàn)中恢復(fù)系數(shù)的值

所-（結(jié)果保留到小數(shù)點(diǎn)后兩位數(shù)字）

3.氣墊導(dǎo)軌是常用的種實(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(dòng)可視為沒有摩擦。某

同學(xué)利用帶有標(biāo)尺（最小刻度為1cm）的氣墊導(dǎo)軌和滑塊A和B驗(yàn)證動(dòng)量守

恒定律，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，實(shí)驗(yàn)步驟如下：

用天平分別測(cè)出滑塊A、B的質(zhì)量%=200.0g、,%=3（）0.0g；

方.給氣墊導(dǎo)軌通氣并調(diào)整使其水平；

c.A、B之間緊壓一輕彈簧（與A、B不粘連），并用細(xì)線栓住，靜置于氣墊

導(dǎo)軌上；

".燒斷細(xì)線，利用頻閃照片記錄A、B各自運(yùn)動(dòng)的過程如圖乙所示。

V.......1.1...

甲

r

Hl⑷⑷P]PlP]百回13ll31

|叫1甲叫11|111川1叩11|1叫11叩h|iif[piii|Tni|iiil|]iii|iiii|iiii|

0cm102030405060708090100

乙

（1）已知頻閃的頻率為10Hz,則滑塊A離開彈簧后的動(dòng)量大小為R=

kg.m/s,滑塊B離開彈簧后的動(dòng)量大小為P2=kg-m/s（結(jié)果均保

留三位有效數(shù)字）；

（2）利用上述數(shù)據(jù)還能測(cè)出燒斷細(xì)線前彈簧的彈性勢(shì)能Ep=J（結(jié)果保

留三位有效數(shù)字）。

4.如圖甲所示為驗(yàn)證動(dòng)量守恒的實(shí)驗(yàn)裝置，氣墊導(dǎo)軌置于水平桌面上，G

和G2為兩個(gè)光電門，A、B均為彈性滑塊，質(zhì)量分別為mB,兩遮光片

沿運(yùn)動(dòng)方向的寬度均為d,實(shí)驗(yàn)過程如下：

匚調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌成水平狀態(tài)；

口輕推滑塊A,測(cè)得A的遮光片通過光電門G的遮光時(shí)間為“；

□A與B相碰后，B和A的遮光片先后經(jīng)過光電門Gi的遮光時(shí)間分別為h

和6.

回答下列問題：

(1)用螺旋測(cè)微器測(cè)得遮光片寬度如圖乙所示，讀數(shù)為mm；

(2)實(shí)驗(yàn)中為保證A與B碰撞后A不反彈，選擇〃〃〃打；(填“>”或“一

或“<”)

(3)利用所測(cè)物理量的符號(hào)表示動(dòng)量守恒成立的式子為：o

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(dòng)可視為沒有摩擦。

我們可以用帶豎直擋板C、D的氣墊導(dǎo)軌和滑塊A、B,探究碰撞中的動(dòng)量

守恒，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示(彈簧的長度忽略不計(jì))。

D

采用的實(shí)驗(yàn)步驟如下:

a.用天平分別測(cè)出滑塊A、B的質(zhì)量/MA、，"B；

b.調(diào)整氣墊導(dǎo)軌，使導(dǎo)軌處于水平；

c.在A和B間放入一個(gè)被壓縮的輕彈簧，用電動(dòng)卡銷鎖定，靜止放置在氣

墊導(dǎo)軌上;

d.用刻度尺測(cè)出A的左端至擋板C的距離;1；

e.按下電鈕放開卡銷，同時(shí)分別記錄滑塊A、B運(yùn)動(dòng)時(shí)間的計(jì)時(shí)器開始工作，

當(dāng)A、B滑塊分別碰撞擋板C、D時(shí)計(jì)時(shí)結(jié)束，記下A、B分別到達(dá)C、D

的運(yùn)動(dòng)時(shí)間有和心

(1)實(shí)驗(yàn)中還應(yīng)測(cè)量的物理量及其符號(hào)是;

(2)若滿足,則動(dòng)量守恒。(用已測(cè)量的物理量表示)

6.某小組同學(xué)用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證滑塊碰撞過程中的動(dòng)量守恒，實(shí)驗(yàn)裝置如圖

所示。

滑塊1滑塊2

(1)實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌底部的調(diào)節(jié)旋鈕，使導(dǎo)軌；充氣后，當(dāng)滑

塊在導(dǎo)軌上能運(yùn)動(dòng)時(shí)，說明氣墊導(dǎo)軌已經(jīng)調(diào)節(jié)好；

(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)，先使滑塊1擠壓導(dǎo)軌左端彈射架上的橡皮繩，然后釋放滑塊1,

滑塊1通過光電門1后與左側(cè)固定有彈簧的滑塊2碰撞，碰后滑塊1和滑塊

2依次通過光電門2,兩滑塊通過光電門2后依次被制動(dòng)；實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量

滑塊1(包括擋光片)的質(zhì)量，3、滑塊2(包括彈簧和擋光片)的質(zhì)量〃，2、

滑塊1通過光電門1的擋光時(shí)間公。、通過光電門2的擋光時(shí)間。2,還需要

測(cè)量(寫出物理量及其表示符號(hào))；

（3）如果表達(dá)式成立，則說明滑塊碰撞過程中動(dòng)量守恒。（用物理

量的符號(hào)表示）

7.氣墊導(dǎo)軌是一種現(xiàn)代化的力學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器。它利用小型氣源將壓縮空氣送

入導(dǎo)軌內(nèi)腔，空氣再由導(dǎo)軌表面上的小孔中噴出，在導(dǎo)軌表面與滑行器內(nèi)表

面之間形成很薄的氣墊層?；衅骶透≡跉鈮|層上，與導(dǎo)軌平面脫離接觸，

因而能在軌面上做近似無阻力的直線運(yùn)動(dòng)，極大地減小了以往在力學(xué)實(shí)驗(yàn)

中由于摩擦力引起的誤差。某實(shí)驗(yàn)小組現(xiàn)在利用氣墊導(dǎo)軌裝置結(jié)合頻閃照

相的方法進(jìn)行“探究碰撞中的不變量”這一實(shí)驗(yàn)。

（1）實(shí)驗(yàn)要求研究兩滑塊碰撞時(shí)動(dòng)能損失很小和很大等各種情況，若要求碰撞

動(dòng)能損失最小則應(yīng)選圖中的o（填“甲”或“乙”）（甲圖兩滑塊分別

裝有彈性圈，乙圖兩滑塊分別裝有撞針和橡皮泥）

甲乙

（2）利用閃光照相的方法連續(xù)4次拍攝得到的閃光照片如圖所示。已知相鄰

兩次閃光的時(shí)間間隔為T,在這4次閃光的過程中，A、B兩滑塊均在

0?80cm的范圍內(nèi)，且第1次閃光時(shí)，滑塊A恰好位于x=55cm處，B恰

好過,Y=70cm處。若A、B兩滑塊的碰撞時(shí)間及閃光持續(xù)的時(shí)間極短，均

可忽略不計(jì)，則可知碰撞發(fā)生在第1次閃光后的時(shí)刻（用

=

字母丁表不），A、B兩滑塊質(zhì)量比/?A：??Bo

8.某同學(xué)利用氣墊導(dǎo)軌做“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”的實(shí)驗(yàn)，氣墊導(dǎo)軌裝置如圖

所示，由導(dǎo)軌、滑塊、彈射架、光電門等組成。

（1）下面是實(shí)驗(yàn)的主要步驟：

安裝好氣墊導(dǎo)軌，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌的調(diào)節(jié)旋鈕，使導(dǎo)軌水平；

〃.向氣墊導(dǎo)軌通入壓縮空氣；

C.接通光電計(jì)時(shí)器（光電門）；

".把滑塊2靜止放在氣墊導(dǎo)軌的中間；

e.滑塊1擠壓導(dǎo)軌左端彈射架上的橡皮繩；

工釋放滑塊1,滑塊1通過光電門1后與左側(cè)固定彈簧的滑塊2碰撞，碰后滑

塊1和滑塊2依次通過光電門2,兩滑塊通過光電門后依次被制動(dòng)；

g.讀出滑塊通過兩個(gè)光電門的擋光時(shí)間分別為滑塊1通過光電門1的擋光時(shí)

間Ufi=10.01ms,通過光電門2的擋光時(shí)間坨=49.99ms,滑塊2通過光電門

2的擋光時(shí)間E]f3=8.35ms；

瓦測(cè)出擋光片的寬度d=5mm,測(cè)得滑塊1（包括撞針）的質(zhì)量為〃“=300g,

滑塊2（包括彈簧）質(zhì)量為機(jī)2=200g；

（2）實(shí)驗(yàn)中氣墊導(dǎo)軌的作用是：A；B。

（3）碰撞前滑塊1的速度內(nèi)為m/s；碰撞后物體系的總動(dòng)量

Pi=kgrn-s^（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）

9.某同學(xué)用如圖甲所示裝置做“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”實(shí)驗(yàn)。裝有遮光片的滑

塊A、B放在氣墊導(dǎo)軌上，壓縮的彈簧放在A、B兩滑塊之間，兩滑塊用長

為L的細(xì)線連接，兩滑塊上遮光片的寬度相同。

遮光片

12

010

乙

(1)用游標(biāo)卡尺測(cè)出遮光片的寬度，示數(shù)如圖乙所示，則遮光片的寬度”=

(2)調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌水平，接通氣源，固定滑塊B,剪斷細(xì)線，測(cè)出滑塊A通過

光電門1的時(shí)間總再用長為L的細(xì)線連接兩滑塊，將彈簧壓縮后放在兩物

塊之間，固定滑塊A,剪斷細(xì)線，測(cè)出滑塊B通過光電門2的時(shí)間G，則A、

B兩滑塊(包括遮光片)的質(zhì)量之比為以=__________；

mB

(3)仍用長為L的細(xì)線連接兩滑塊,將彈簧壓縮后放在兩物塊之間，剪斷細(xì)線，

測(cè)出滑塊A、B通過光電門1、2的時(shí)間分別為與、當(dāng)表達(dá)式

成立時(shí)，動(dòng)量守恒定律得到驗(yàn)證。

10.利用氣墊導(dǎo)軌可以驗(yàn)證被壓縮的彈簧彈開時(shí)，兩滑塊組成的系統(tǒng)動(dòng)量守

恒，可用圖示裝置進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn)。

光電門1

滑塊1

滑塊1光電門2

實(shí)驗(yàn)時(shí)，用兩滑塊壓縮彈簧，并用細(xì)線固定，使其靜止在兩光電門中間附近,

已知兩滑塊上遮光片的寬度相同，都是“，剪斷拴彈簧的細(xì)線，測(cè)得質(zhì)量為

〃”的滑塊1和質(zhì)量為〃，2的滑塊2上遮光片通過光電門的時(shí)間分別為和d

(1)實(shí)驗(yàn)前應(yīng)調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌底部的調(diào)節(jié)旋鈕，使導(dǎo)軌;充氣后，當(dāng)滑塊

放在氣墊導(dǎo)軌上任意位置都能時(shí)，說明氣墊導(dǎo)軌已經(jīng)調(diào)節(jié)好；

(2)若滿足,則兩滑塊組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒(采用最簡式)；

(3)不計(jì)滑塊在氣墊導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的阻力，則剪斷拴彈簧的細(xì)線前彈簧的

彈性勢(shì)能為o

11.某實(shí)驗(yàn)小組用氣墊導(dǎo)軌做驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。

A、B兩個(gè)滑塊(包括遮光片)的質(zhì)量分別為，叫、加2，A、B兩滑塊上遮光

片的寬度分別為4、k

光電門1光電門2

(1)實(shí)驗(yàn)前，需要將氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平。接通氣源,調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌的水平螺釘，

在導(dǎo)軌上只放滑塊A,輕推滑塊A,如果滑塊通過兩個(gè)光電門的時(shí)間,

則表明氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平；

(2)將兩滑塊放在氣墊導(dǎo)軌上圖示的位置，輕推滑塊A,使其以一定的速度向

右滑，通過光電門1后與靜止的滑塊B相碰并粘合,兩者一起通過光電門2,

與光電門相連的計(jì)時(shí)器顯示滑塊A通過光電門1的時(shí)間為乙、滑塊B通過光

電門2的時(shí)間為々，測(cè)得滑塊/通過光電門2的時(shí)間為,碰撞過程中

需要驗(yàn)證的動(dòng)量守恒定律的表達(dá)式為;(均用題中所給的字母表示)

(3)如果上述物理量均已測(cè)出，代入數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)碰前的動(dòng)量略大于碰后的動(dòng)量,

請(qǐng)分析引起實(shí)驗(yàn)誤差的原因：o

驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)

1.用如圖所示的裝置可以驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，在滑塊A和B相碰的端面上

裝上彈性碰撞架，它們的上端裝有等寬的擋光片。

(1)實(shí)驗(yàn)前需要調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌水平：在軌道上只放滑塊A,輕推一下滑塊A,

其通過光電門a和光電門b的時(shí)間分別為A、d當(dāng)A打(填“>”、

“=”、“<”)，則說明氣墊導(dǎo)軌水平；

(2)滑塊B置于光電門b的左側(cè)，滑塊A靜置于兩光電門間的某一適當(dāng)位置。

給B一個(gè)向右的初速度，通過光電門〃的時(shí)間為加…B與A碰撞后再次通

過光電門b的時(shí)間為，滑塊A通過光電門a的時(shí)間為。為完成該實(shí)驗(yàn)，

還必需測(cè)量的物理量有

A.擋光片的寬度”

B.滑塊B的總質(zhì)量〃”

C.滑塊A的總質(zhì)量加2

D.光電門”到光電門分的間距L

(3)若滑塊A和B在碰撞的過程中動(dòng)量守恒，則應(yīng)該滿足的表達(dá)式為：

(用已知量和測(cè)量量表示)

【答案】:=BC叫?！睂Ｒ恍?/p>

【解析】：(1)如果導(dǎo)軌水平時(shí)，滑塊在導(dǎo)軌上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，所以滑塊經(jīng)

過兩光電門時(shí)用時(shí)相等。

(2)本實(shí)驗(yàn)中需要驗(yàn)證動(dòng)量守恒，所以在實(shí)驗(yàn)中必須要測(cè)量質(zhì)量和速度，速度

可以根據(jù)光電門的時(shí)間求解，而質(zhì)量通過天平測(cè)出，同時(shí)，遮光板的寬度可

以消去，所以不需要測(cè)量遮光片的寬度。故BC正確，AD錯(cuò)誤。

故選BCo

(3)根據(jù)速度公式可知，碰前B的速度

d

碰后A的速度

d

v.=—

△%

B的速度

d

v2=——

設(shè)B的原方向?yàn)檎较?，根?jù)動(dòng)量守恒定律可知：應(yīng)驗(yàn)證的表達(dá)式為

叫%=加2匕一，九|，2

代入數(shù)據(jù)并化簡可得

二網(wǎng)------

m]——mx-----

△4~Ar3Ar2

2.一個(gè)物理學(xué)習(xí)小組利用圖甲所示的裝置和頻閃相機(jī)來驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律。

其實(shí)驗(yàn)步驟如下：

步驟1：用天平測(cè)出/、5兩個(gè)小球的質(zhì)量/?A、ntB(OTA>?IB);

步驟2：安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，使斜槽末端保持水平，調(diào)整好頻閃相機(jī)的位置并

固定；

步驟3：讓入射小球從斜槽上某一位置P由靜止釋放，小球離開斜槽后，用

頻閃相機(jī)記錄下小球相鄰兩次閃光時(shí)的位置，照片如圖乙所示；

步驟4：將被碰小球放在斜槽末端，讓入射小球從位置P由靜止開始釋放,

使它們碰撞。兩小球離開斜槽后，用頻閃相機(jī)記錄兩小球相鄰兩次閃光時(shí)的

位置，照片如圖丙所示。經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)，他們猜想碰撞前后物體的質(zhì)量和速度

的乘積之和不變。

，二a」-；

io?i岑

??

工?

?il工

iit

士t

ii?il

?il!T

?士

二il

，

士

工

口實(shí)驗(yàn)中放在斜槽末端的小球是（選填"A”或"B”）；

□若要驗(yàn)證他們的猜想，需要在照片中直接測(cè)量的物理量有—、―、—

（選填“xo”"yo""xi”"v”“X2”"y2”）。寫出該實(shí)驗(yàn)小組猜想結(jié)果的表達(dá)式

（用測(cè)量量表示）。

□他們?cè)谡n外書中看到“兩物體碰撞中有彈性碰撞和非彈性碰撞之分,碰撞中

的恢復(fù)系數(shù)定義為折J彩一”\，其中也。和也。分別是碰撞前兩物體的速度，

也和以分別是碰撞后兩物體的速度，彈性碰撞恢復(fù)系數(shù)e=L非彈性碰撞恢

復(fù)系數(shù)eVL”于是他們根據(jù)照片中的信息求出本次實(shí)驗(yàn)中恢復(fù)系數(shù)的值

斫o（結(jié)果保留到小數(shù)點(diǎn)后兩位數(shù)字）

【答案】：BX。X.X2mAx0=+mBx20.88

【解析】:匚為使碰撞小球不被碰回應(yīng)使碰撞小球的質(zhì)量大于被碰小球的質(zhì)量,

所以放在斜槽末端的小球是B；

碰撞時(shí)應(yīng)有

由平拋規(guī)律有

x0=vot,x[=v/>x2=v2t

代入上式可得

/nAx()=/%工]+mBx2

所以需要在照片中直接測(cè)量的物理量有X。、.、X2,該實(shí)驗(yàn)小組猜想結(jié)果的

表達(dá)式為

/nAx0=mAx,+mBx2

根據(jù)碰撞中的恢復(fù)系數(shù)定義為

e=l巨

彩。一匕。

可得

?x?—M?10—3

e=\~z~~Ll=——=0.88

O-xo8

3.氣墊導(dǎo)軌是常用的種實(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(dòng)可視為沒有摩擦。某

同學(xué)利用帶有標(biāo)尺（最小刻度為1cm）的氣墊導(dǎo)軌和滑塊A和B驗(yàn)證動(dòng)量守

恒定律，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，實(shí)驗(yàn)步驟如下:

用天平分別測(cè)出滑塊A、B的質(zhì)量%=200.0g、%=300.0g；

從給氣墊導(dǎo)軌通氣并調(diào)整使其水平;

c.A、B之間緊壓一輕彈簧（與A、B不粘連），并用細(xì)線栓住，靜置于氣墊

導(dǎo)軌上;

小燒斷細(xì)線，利用頻閃照片記錄A、B各自運(yùn)動(dòng)的過程如圖乙所示。

V..........

甲

|^1|||1||因|||||||||||||因|||||||||||||||||||因|||||||||||四|||||||||||||||田||||||田||||||田||||||||||||||||||||

0cm102030405060708090100

乙

(1)已知頻閃的頻率為10Hz,則滑塊A離開彈簧后的動(dòng)量大小為Pi=

kg-m/s,滑塊B離開彈簧后的動(dòng)量大小為P2=kg-m/s(結(jié)果均保

留三位有效數(shù)字)；

(2)利用上述數(shù)據(jù)還能測(cè)出燒斷細(xì)線前彈簧的彈性勢(shì)能當(dāng)=J(結(jié)果保

留三位有效數(shù)字)。

【答案】：0.2400.2400.240

【解析】：⑴已知頻閃的頻率為10Hz,則7MMs；滑塊/離開彈簧后的速度

為

%,12x10-2

v,.=—=----------m/s=1.2m/s

*T0.1

動(dòng)量大小為

Pi=mAvA-0.2x1.2kg?m/s=0.240kg-m/s

滑塊B離開彈簧后的速度

工出叱…8nVs

BT0.1

動(dòng)量大小為

p2-mBvB-0.3x0.8kg-m/s=0.240kg?m/s

(2)利用上述數(shù)據(jù)還能測(cè)出燒斷細(xì)線前彈簧的彈性勢(shì)能

L-*7*-2

EP=^mAVA+^mBVB-x0.2x1.22J+-x0.3x0.82J=0.240J

4.如圖甲所示為驗(yàn)證動(dòng)量守恒的實(shí)驗(yàn)裝置，氣墊導(dǎo)軌置于水平桌面上，Gi

和G2為兩個(gè)光電門，A、B均為彈性滑塊，質(zhì)量分別為，”，、機(jī)8,兩遮光片

沿運(yùn)動(dòng)方向的寬度均為"，實(shí)驗(yàn)過程如下：

遮光片R遮光片5

簿I天氣墊導(dǎo)軌

□調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌成水平狀態(tài)；

□輕推滑塊A,測(cè)得A的遮光片通過光電門Gi的遮光時(shí)間為tl;

□A與B相碰后，B和A的遮光片先后經(jīng)過光電門G2的遮光時(shí)間分別為h

和，3。

回答下列問題：

(1)用螺旋測(cè)微器測(cè)得遮光片寬度如圖乙所示，讀數(shù)為mm；

(2)實(shí)驗(yàn)中為保證A與B碰撞后A不反彈，選擇叫哂；(填“>”或“=”

或“<”)

(3)利用所測(cè)物理量的符號(hào)表示動(dòng)量守恒成立的式子為：<,

【答案】：2.150(2.149-2.151)>-=~+—

4*3’2

【解析】:⑴用螺旋測(cè)微器測(cè)得遮光片寬度為2mm+0.01mmxl5.0=2.150mm；

⑵實(shí)驗(yàn)中為保證A與B碰撞后A不反彈，選擇〃口>"出

(3)滑塊經(jīng)過光電門時(shí)擋住光的時(shí)間極短，則平均速度可近似替代滑塊的瞬

時(shí)速度，則碰前/的速度

d

乙工

碰后/的速度

，d

碰后B的速度

由系統(tǒng)動(dòng)量守恒有

ntAVA=mAVA'-\-niBVB'

化簡可得表達(dá)式

mA=以+%

‘I’3’2

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(dòng)可視為沒有摩擦。

我們可以用帶豎直擋板C、D的氣墊導(dǎo)軌和滑塊A、B,探究碰撞中的動(dòng)量

守恒，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:

a.用天平分別測(cè)出滑塊A、B的質(zhì)量/MA、

b.調(diào)整氣墊導(dǎo)軌，使導(dǎo)軌處于水平；

c.在A和B間放入一個(gè)被壓縮的輕彈簧，用電動(dòng)卡銷鎖定，靜止放置在氣

墊導(dǎo)軌上；

d.用刻度尺測(cè)出A的左端至擋板C的距離代

e.按下電鈕放開卡銷，同時(shí)分別記錄滑塊A、B運(yùn)動(dòng)時(shí)間的計(jì)時(shí)器開始工作，

當(dāng)A、B滑塊分別碰撞擋板C、D時(shí)計(jì)時(shí)結(jié)束，記下A、B分別到達(dá)C、D

的運(yùn)動(dòng)時(shí)間外和心

(1)實(shí)驗(yàn)中還應(yīng)測(cè)量的物理量及其符號(hào)是;

(2)若滿足,則動(dòng)量守恒。(用已測(cè)量的物理量表示)

【答案】：B的右端至擋板D的距離/20=叫3一%「

【解析】：(1)本實(shí)驗(yàn)要測(cè)量滑塊B的速度，由公式u可知，，應(yīng)先測(cè)出滑

塊B的位移和發(fā)生該位移所用的時(shí)間,,而滑塊B到達(dá)D板所用時(shí)間打已知，

故只需測(cè)出B的右端至D板的距離h

(2)碰前兩物體均靜止，即系統(tǒng)總動(dòng)量為零，以向右為正方向，由動(dòng)量守恒定

律得

0=加兒.j一根/j

6.某小組同學(xué)用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證滑塊碰撞過程中的動(dòng)量守恒，實(shí)驗(yàn)裝置如圖

所示。

滑塊1滑塊2

(1)實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌底部的調(diào)節(jié)旋鈕，使導(dǎo)軌；充氣后，當(dāng)滑

塊在導(dǎo)軌上能運(yùn)動(dòng)時(shí)，說明氣墊導(dǎo)軌已經(jīng)調(diào)節(jié)好；

（2）實(shí)驗(yàn)時(shí)，先使滑塊1擠壓導(dǎo)軌左端彈射架上的橡皮繩，然后釋放滑塊L

滑塊1通過光電門1后與左側(cè)固定有彈簧的滑塊2碰撞，碰后滑塊1和滑塊

2依次通過光電門2,兩滑塊通過光電門2后依次被制動(dòng)；實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量

滑塊1（包括擋光片）的質(zhì)量，如、滑塊2（包括彈簧和擋光片）的質(zhì)量〃12、

滑塊1通過光電門1的擋光時(shí)間坐、通過光電門2的擋光時(shí)間A2，還需要

測(cè)量（寫出物理量及其表示符號(hào)）；

（3）如果表達(dá)式成立，則說明滑塊碰撞過程中動(dòng)量守恒。（用物理

量的符號(hào)表示）

【答案】：水平勻速滑塊2通過光電門2的擋光時(shí)間加3

班町+m2

△4Ar2頌

【解析】：（1）實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌底部的調(diào)節(jié)旋鈕，使導(dǎo)軌水平，保證

滑塊在導(dǎo)軌上做勻速直線運(yùn)動(dòng)；

所以結(jié)合分析可知，充氣后，當(dāng)滑塊在導(dǎo)軌上能勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，說明氣墊導(dǎo)軌

已經(jīng)調(diào)節(jié)好。

⑵由題意可知，還需測(cè)量的物理量是滑塊2通過光電門2的擋光時(shí)間4G。

（3）設(shè)擋光片的寬度為“，則兩滑塊的碰撞滿足動(dòng)量守恒定律，即

m1Vl=m1V2+m2匕

其中

dd

V,=一,v=----v=——

2M3M

化簡可得

町—町+色

Az,Ar2維

如果上式成立，則說明滑塊碰撞過程中動(dòng)量守恒。

7.氣墊導(dǎo)軌是一種現(xiàn)代化的力學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器。它利用小型氣源將壓縮空氣送

入導(dǎo)軌內(nèi)腔，空氣再由導(dǎo)軌表面上的小孔中噴出，在導(dǎo)軌表面與滑行器內(nèi)表

面之間形成很薄的氣墊層?；衅骶透≡跉鈮|層上，與導(dǎo)軌平面脫離接觸，

因而能在軌面上做近似無阻力的直線運(yùn)動(dòng)，極大地減小了以往在力學(xué)實(shí)驗(yàn)

中由于摩擦力引起的誤差。某實(shí)驗(yàn)小組現(xiàn)在利用氣墊導(dǎo)軌裝置結(jié)合頻閃照

相的方法進(jìn)行“探究碰撞中的不變量”這一實(shí)驗(yàn)。

（1）實(shí)驗(yàn)要求研究兩滑塊碰撞時(shí)動(dòng)能損失很小和很大等各種情況，若要求碰撞

動(dòng)能損失最小則應(yīng)選圖中的o（填“甲”或“乙”）（甲圖兩滑塊分別

裝有彈性圈，乙圖兩滑塊分別裝有撞針和橡皮泥）

（2）利用閃光照相的方法連續(xù)4次拍攝得到的閃光照片如圖所示。已知相鄰

兩次閃光的時(shí)間間隔為T,在這4次閃光的過程中，A、B兩滑塊均在

0~80cm的范圍內(nèi)，且第1次閃光時(shí)，滑塊A恰好位于x=55cm處，B恰

好過x=70cm處。若A、B兩滑塊的碰撞時(shí)間及閃光持續(xù)的時(shí)間極短，均

可忽略不計(jì)，則可知碰撞發(fā)生在第1次閃光后的時(shí)刻（用

字母T表示），A、B兩滑塊質(zhì)量比m\：/MB=o

【解析】：（1）實(shí)驗(yàn)若要求碰撞動(dòng)能損失最小則應(yīng)選圖中的甲，因?yàn)榧讏D兩滑

塊分別裝有彈性圈，碰撞可認(rèn)為是完全彈性碰撞。

（2）由圖可知，碰后5靜止，則碰撞發(fā)生在x=60cm位置；碰后/的速度為

20cm

T

則碰后Z從x=60cm的位置到x=50cm的位置用時(shí)間為

10cmT

t=-----=—

以2

則碰前物塊A從尸55cm的位置到x=60cm的位置用時(shí)間為:T,即碰撞發(fā)

生在第1次閃光后的0.57時(shí)刻；

碰前A的速度

_5cm_10cm

VM~OST__F

碰前B的速度

_10cm_20cm

“_0.5T--F~

設(shè)開始時(shí)3的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)檎较?，則由動(dòng)量守恒定律

帶入解得

/?A：，〃B=2:3

8.某同學(xué)利用氣墊導(dǎo)軌做“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”的實(shí)驗(yàn)，氣墊導(dǎo)軌裝置如圖

所示，由導(dǎo)軌、滑塊、彈射架、光電門等組成。

(1)下面是實(shí)驗(yàn)的主要步驟：

，?安裝好氣墊導(dǎo)軌，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌的調(diào)節(jié)旋鈕，使導(dǎo)軌水平;

從向氣墊導(dǎo)軌通入壓縮空氣;

C.接通光電計(jì)時(shí)器（光電門）；

4把滑塊2靜止放在氣墊導(dǎo)軌的中間；

e.滑塊1擠壓導(dǎo)軌左端彈射架上的橡皮繩；

工釋放滑塊1,滑塊1通過光電門1后與左側(cè)固定彈簧的滑塊2碰撞，碰后滑

塊1和滑塊2依次通過光電門2,兩滑塊通過光電門后依次被制動(dòng)；

g.讀出滑塊通過兩個(gè)光電門的擋光時(shí)間分別為滑塊1通過光電門1的擋光時(shí)

間小1=10.01111§,通過光電門2的擋光時(shí)間」f2=49.99ms,滑塊2通過光電門

2的擋光時(shí)間工3=8.35ms；

隊(duì)測(cè)出擋光片的寬度”=5mm,測(cè)得滑塊1（包括撞針）的質(zhì)量為町=300g,

滑塊2（包括彈簧）質(zhì)量為，〃2=200g；

（2）實(shí)驗(yàn)中氣墊導(dǎo)軌的作用是：A；Bo

（3）碰撞前滑塊1的速度也為m/s；碰撞后物體系的總動(dòng)量

Pi=kgms-'o（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）

【答案】:大大減小了滑塊和導(dǎo)軌之間的摩擦力，從而減小了實(shí)驗(yàn)誤差保

證兩個(gè)滑塊碰撞前后的速度都在同一條直線上0.500.15

【解析】：匚實(shí)驗(yàn)中氣墊導(dǎo)軌的作用有兩個(gè)，一是大大減小了滑塊和導(dǎo)軌之間

的摩擦力，從而減小了實(shí)驗(yàn)誤差，二是保證兩個(gè)滑塊碰撞前后的速度都在同

一條直線上；

□碰撞前滑塊1的速度MI為

d5x10-3-

v.=——=-------------m/s=0.50m/s

'&10.01x10-3

碰撞后物體系的總動(dòng)量P2為

d5x10-3

=——=-------------7m/s=0.10m/s

2M49.99x103

P2=m]v2+叫匕=0.3x0.10kg-m/s+0.2x0.6kg-m/s=0.15kg-m/s

9.某同學(xué)用如圖甲所示裝置做“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”實(shí)驗(yàn)。裝有遮光片的滑

塊A、B放在氣墊導(dǎo)軌上，壓縮的彈簧放在A、B兩滑塊之間，兩滑塊用長

為L的細(xì)線連接，兩滑塊上遮光片的寬度相同。

光電門1光電門2

1氣墊

導(dǎo)軌

(1)用游標(biāo)卡尺測(cè)出遮光片的寬度，示數(shù)如圖乙所示，則遮光片的寬度”=

(2)調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌水平，接通氣源，固定滑塊B,剪斷細(xì)線，測(cè)出滑塊A通過

光電門1的時(shí)間總再用長為L的細(xì)線連接兩滑塊，將彈簧壓縮后放在兩物

塊之間，固定滑塊A,剪斷細(xì)線，測(cè)出滑塊B通過光電門2的時(shí)間0，則A、

YYI

B兩滑塊(包括遮光片)的質(zhì)量之比為為=;

mn----------------

(3)仍用長為L的細(xì)線連接兩滑塊,將彈簧壓縮后放在兩物塊之間，剪斷細(xì)線，

測(cè)出滑塊A、B通過光電門1、2的時(shí)間分別為4、當(dāng)表達(dá)式

成立時(shí)，動(dòng)量守恒定律得到驗(yàn)證。

t24

【答案】：L060A%=幺

片hL

【解析】：(1)遮光片的寬度為

J=10mm+0.05mmxl2=10.60mm=1.060cm。

(2)由題意知

1,d、21,d、2

-mA(—y

2tl2t2

得到