驗證動量守恒定律實驗測試題及解析

驗證動量守恒定律實驗測試題及解析1.如圖(a)所示，沖擊擺是一個用細線懸掛著的擺塊，彈丸擊中擺塊時陷入擺塊內(nèi)，使擺塊擺至某一高度，利用這種裝置可以測出彈丸的發(fā)射速度。圖(a) 圖(b)實驗步驟如下：用天平測出彈丸的質(zhì)量m和擺塊的質(zhì)量M；將實驗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)，同時用刻度尺測出擺長；讓擺塊靜止在平衡位置，扳動彈簧槍的扳機，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；多次重復(fù)步驟③，記錄指針最大偏角的平均值；換不同擋位測量，并將結(jié)果填入下表。擋位平均最大偏角e/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/m?s~1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：現(xiàn)測得高速擋指針最大偏角如圖⑹所示，請將表中數(shù)據(jù)補充完整：e= 。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)為減小實驗誤差，每次實驗前，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理由： 解析：(1)分度值為1°故讀數(shù)為22.4(22.1?22.7均正確)。彈丸射入擺塊內(nèi)，系統(tǒng)動量守恒：mv=(m+M)vz擺塊向上擺動，由機械能守恒定律得：2(m+M)v‘2=(m+M)gl(l—cos0),聯(lián)立解得：v=―m―2gl(1—cos0)o較大的速度碰撞指針，會損失較多的機械能(其他理由，如“擺塊在推動指針偏轉(zhuǎn)時要克服摩擦力做功”、“指針擺動較長的距離損失的機械能較多”等，只要合理即可)。答案：(1)22.4(22.1?22.7均正確)m+M■—⑵-m 2g/(1—cos0(3)較大的速度碰撞指針，會損失較多的機械能E2?“槍支比動能e0”是反映槍支威力的一個參數(shù)，已知e0=_S°，式中E0是子彈離開槍口時的動能，S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)°“J2136沖擊擺實驗器”是物理實驗中的實驗器材，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0可由刻度盤讀出。(重力加速度大小為g)TOC\o"1-5"\h\zC1 2 3廠-\4 5 6‘1111111111111I11Ii1111111111111irii1111ni11111111111I1111111II

1111111ill|illi]1111]il11|11IHi[I11111111111111111\o"CurrentDocument"0 12 3d 7B9 0乙用游標(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。實驗開始之前，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)實驗步驟如下：將沖擊擺實驗器放在桌上，調(diào)節(jié)底座上的調(diào)平螺絲，使底座水平；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0刻度對齊；此時用刻度尺測量出擺長L扣動彈簧槍扳機，打出子彈，記錄下擺塊的最大擺角；多次重復(fù)實驗，計算出擺塊最大擺角的平均值0；處理實驗數(shù)據(jù)，得出實驗結(jié)論。子彈的發(fā)射速度為v0= ，彈簧槍的比動能為e0= 。(用已知量和測量量的字母表

示)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)本實驗中要確定子彈的動能，所以在實驗前應(yīng)先測量出子彈的質(zhì)量m和擺塊的質(zhì)量M;根據(jù)機械能守恒定律可知,(m+M)gL(1—cos0)=2(M+m)V2根據(jù)動量守恒定律可知：mv0=(M+m)v,聯(lián)立解得：子彈的速度為：=("根據(jù)動量守恒定律可知：mv0=(M+m)v,根據(jù)比動能的定義式可知:e0=ES0，E0=2mv02,截面積S=fnd2,解得比動能e0= —皿由于擺塊在運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值。答案：(1)10.52(2)子彈質(zhì)量m擺塊質(zhì)量M(m(m+M).⑷」m 2gL(1-cos04(M+m)2gL(1—cos0nmd2(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，實驗步驟如下：按圖安裝好實驗器材后，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光電門的時間 ；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；兩滑塊碰撞后粘合在一起向左運動，并通過光電門2；實驗后，分別記錄下滑塊a擋光片通過光電門1的時間々，兩滑塊一起運動擋光片通過光電門2的時間t2的時間t2。(1)完成實驗步驟①中所缺少的內(nèi)容。實驗前用一游標(biāo)卡尺測得擋光片的寬度d如圖乙所示，則d= cm。設(shè)擋光片通過光電門的時間為At,則滑塊通過光電門的速度可表示為v= (用d、At表示)。實驗中測得滑塊a經(jīng)過光電門1的速度為v1=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系統(tǒng)，則系統(tǒng)在兩滑塊相互作用前、后的總動量分別為p1= kg?m/s,p2= kg?m/s(結(jié)果均保留3位小數(shù))。解析：(1)在步驟①中氣墊導(dǎo)軌安裝時應(yīng)保持水平狀態(tài)，滑塊在軌道上應(yīng)做勻速直線運動，故滑塊上的擋光片通過兩光電門的時間相等。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。由于擋光片的寬度比較小，故擋光片通過光電門的時間比較短，因此可將擋光片通過光電門的平d均速度看成滑塊通過光電門的瞬時速度，故滑塊通過光電門的速度可表示為v=At°(4)兩滑塊相互作用前系統(tǒng)的總動量為p1=m1v1=0.620X2.00kg?m/s=1.240kg?m/s。兩滑塊相互作用后系統(tǒng)的總動量為p2=(m1+m2)v2=(0.620+0.410)X1.20kg?m/s=1.236kg?m/s。答案：(1)相等⑵1.550⑶￡(4)1.2401.2364．為了驗證動量守恒定律(探究碰撞中的不變量)，某同學(xué)選取了兩個材質(zhì)相同、體積不等的立方體滑塊A和B按下述步驟進行實驗：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：安裝好實驗裝置如圖甲，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)遠處裝一臺數(shù)碼頻閃照相機；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，同時開始頻閃拍攝，直到A、B停止運動，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。甲乙ii|iiii|iiiniiinii|iiriii|iriiiiii|ii^|iii|iiiini|i乙ii|iiii|iiiniiinii|iiriii|iriiiiii|ii^|iii|iiiini|i|'i鄉(xiāng)Ocml2345678910111213141516171819201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 。A、B兩個滑塊的質(zhì)量m1和m2滑塊A釋放時距桌面的高度頻閃照相的周期照片尺寸和實際尺寸的比例照片上測得的s45、s56和s67、s78照片上測得的s34、s45、s56和s67、s78、s89滑塊與桌面間的動摩擦因數(shù)寫出驗證動量守恒的表達式 。(3)請你寫出一條有利于提高實驗準(zhǔn)確度或改進實驗原理的建議： 。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P6處，故②正確。設(shè)碰撞前滑塊A在P4、P5、P6的速度分別為e4、冬、％，碰撞后，整體在P6、P7、P8的速度分別s＋s s＋s v＋v 2s＋s－s為吋、v7、v8,則v4^342T45，v5=警產(chǎn)，又v5=r 6,解得碰撞前滑塊A速度v6= 2^ 34,2s＋s－s同理，碰撞后整體的速度v6'=~67~2T ，需要驗證的方程為m1v6=(m1+m2)v6'，將以上兩式代入整理得m1(2s56+s45—s34)=(m1+m2)(2s67+s78—s89)，故需要直接測量的物理量是A、B兩個滑塊的質(zhì)量m1和m2及s34、S45、s56和s67、s78、s89，故①、⑥正確。提高實驗準(zhǔn)確度或改進實驗原理的建議：使用更平整的軌道槽，軌道要平整，防止各段摩擦力不同，滑塊做非勻變速運動。在足夠成像的前提下，縮短頻閃照相每次曝光的時間，碰撞時間很短，縮短頻閃照相每次曝光的時間，使滑塊碰撞位置拍攝更清晰、準(zhǔn)確。適當(dāng)增大相機和軌道槽的距離，相機和軌道槽的距離較小時，由于鏡頭拍攝引起的距離誤差增大,應(yīng)適當(dāng)增大相機和軌道槽的距離。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動。答案：⑴②①⑥m1(2s56+S45_S34)=(m1+m2)(2S67+S78_S89)見解析(任意一條即可)5．氣墊導(dǎo)軌是常用的一種實驗儀器，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來驗證動量守恒定律，實驗裝置如圖所示(彈簧的長度忽略不計)。

采用的實驗步驟如下：用天平分別測出滑塊A、B的質(zhì)量mA、mB。調(diào)整氣墊導(dǎo)軌，使導(dǎo)軌處于水平。在A和B間放入一個被壓縮的輕彈簧，用電動卡銷鎖定，靜止放置在氣墊導(dǎo)軌上。用刻度尺測出A的左端至C板的距離L］。按下電鈕放開卡銷，同時使分別記錄滑塊A、B運動時間的計時器開始工作。當(dāng)A、B滑塊分別碰撞C、D擋板時停止計時，記下A、B分別到達C、D的運動時間t1和t2。實驗中還應(yīng)測量的物理量是 利用上述測量的實驗數(shù)據(jù)，驗證動量守恒定律的表達式 ，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 利用上述實驗數(shù)據(jù)能否測出被壓縮彈簧的彈性勢能的大??？如能，請寫出表達式：解析：(1)驗證動量守恒，需要知道物體的運動速度，在已經(jīng)知道運動時間的前提下，需要測量運動物體的位移，即需要測量的量是B的右端至D板的距離L2。(2)由于運動前兩物體是靜止的，故總動量為零，運動后兩物體是向相反方向運動的，設(shè)向左運動為正，則有m.v.~muvu=0,即m.~i—mJ~^=0o造成誤差的原因：一是測量本身就存在誤差，如測量質(zhì)量、AABB At1 Bt2時間、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。(3)根據(jù)能量守恒知，(3)根據(jù)能量守恒知，兩運動物體獲得的動能就是彈簧的彈性勢能。-mL=0Bt2答案：(1)B-mL=0Bt2原因見解析⑶能，Ep=2(mA^+叫芝6.—同學(xué)采用如圖a所示的實驗裝置，設(shè)計了“驗證動量守恒定律”的實驗。實驗裝置中的斜面和水平面之間用很短的平滑曲面連接，物塊通過平滑曲面時速度大小不變。實驗步驟主要包括：選取兩塊表面粗糙程度相同的物塊A、B。將兩個粘扣分別釘?shù)絻晌飰K的側(cè)面上，使兩物塊相碰時能粘合在一起。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。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)出停止時兩物塊的位置N如圖c所示。用刻度尺測MP、MN的長度s1和s2，用天平測出A、B的質(zhì)量mA、mB。只要mA、mB、s「s2之間滿足關(guān)系 ，就可以認為碰撞瞬間A、B系統(tǒng)的總動量保持不變。為了增大碰前物塊A的速度，可采取的措施有：① ；② 。解析：(1)設(shè)碰前物塊A的速度大小為q,碰后瞬間物塊A、B的共同速度為e2，對未放物塊B時物塊A從M運動到P的過程，由動能定理得—ymAg?S]=—gmAVF，解得v1=$2〃gs1,對碰撞后A、B一起從M運動到N的過程，由動能定理可得—w(mA+