2024-2025學年高中物理第一章碰撞與動量守恒實驗驗證動量守恒定律課堂演練含解析粵教版選修3-5

PAGE5-試驗驗證動量守恒定律1．在試驗室里為了驗證動量守恒定律，一般采納如圖甲、乙所示的兩種裝置：(1)若入射小球質(zhì)量為m1，半徑為r1；被碰小球質(zhì)量為m2，半徑為r2，則()A．m1>m2，r1>r2 B．m1>m2，r1<r2C．m1>m2，r1＝r2 D．m1<m2，r1＝r2(2)若采納圖乙所示裝置進行試驗，以下所供應的測量工具中必需的是________．A．直尺 B．游標卡尺C．天平 D．彈簧測力計E．秒表(3)設入射小球的質(zhì)量為m1，被碰小球的質(zhì)量為m2，則在用圖甲所示裝置進行試驗時(P為碰前入射小球落點的平均位置)，所得“驗證動量守恒定律”的結(jié)論為_______________________________________________________________________________________(用裝置圖中的字母表示)．解析：(1)為防止反彈造成入射球返回斜槽，要求入射球質(zhì)量大于被碰球質(zhì)量，即m1>m2，為使入射球與被碰球發(fā)生對心碰撞，要求兩小球半徑相同，故選項C正確．(2)設入射小球碰前的速度為v1，入射小球、被碰小球相碰后的速度分別為v′1、v′2.由于兩球都從同一高度做平拋運動，當以運動時間為一個計時單位時．可以用它們平拋的水平位移表示碰撞前后的速度．因此，驗證的動量守恒關系m1v1＝m1v′1＋m2v′2可表示為m1x1＝m1x′1＋m2x′2.所以須要直尺、天平，而無須彈簧測力計、秒表．由于題中兩個小球都可認為是從槽口起先做平拋運動的，兩球的半徑不必測量，故無須游標卡尺．(3)得出驗證動量守恒定律的結(jié)論應為m1OP＝m1OM＋m2O′N.答案：(1)C(2)AC(3)m1OP＝m1OM＋m2O′N2．某同學利用氣墊導軌做“驗證碰撞中的動量守恒”的試驗，氣墊導軌裝置如圖所示，所用的氣墊導軌裝置由導軌、滑塊、彈射架、光電門等組成．(1)下面是試驗的主要步驟：①安裝好氣墊導軌，調(diào)整氣墊導軌的調(diào)整旋鈕，使導軌水平；②向氣墊導軌通入壓縮空氣；③接通光電計時器；④把滑塊2靜止放在氣墊導軌的中間；⑤滑塊1擠壓導軌左端彈射架上的橡皮繩；⑥釋放滑塊1，滑塊1通過光電門1后與左側(cè)裝有同定彈簧的滑塊2碰撞，碰后滑塊2和滑塊1依次通過光電門2，兩滑塊通過光電門2后依次被制動；⑦讀出滑塊通過兩個光電門的擋光時間分別為：滑塊1通過光電門1的擋光時間Δt1＝10.01ms，通過光電門2的擋光時間Δt2＝49.99ms，滑塊2通過光電門2的擋光時間Δt3＝8.35ms；⑧測出擋光片的寬度d＝5mm，測得滑塊1的質(zhì)量為m1＝300g，滑塊2(包括彈簧)的質(zhì)量為m2＝200g.(2)數(shù)據(jù)處理與試驗結(jié)論：①試驗中氣墊導軌的作用是：A．_______________________________________________；B．_______________________________________________.②碰撞前滑塊1的速度v1為________m/s；碰撞后滑塊1的速度v2為________m/s；滑塊2的速度v3為________m/s；(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)③在誤差允許的范圍內(nèi)，通過本試驗，同學們可以探究出哪些物理量是不變的？通過對試驗數(shù)據(jù)的分析說明理由(回答兩個不變量)．a(chǎn)．_______________________________________________；b．_______________________________________________.解析：(2)①A.大大減小了因滑塊和導軌之間的摩擦而引起的誤差．B．保證兩個滑塊的碰撞是一維的．②滑塊1碰撞之前的速度v1＝eq\f(d,Δt1)＝eq\f(5×10－3,10.01×10－3)m/s≈0.50m/s；滑塊1碰撞之后的速度v2＝eq\f(d,Δt2)＝eq\f(5×10－3,49.99×10－3)m/s≈0.10m/s；滑塊2碰撞之后的速度為v3＝eq\f(d,Δt3)＝eq\f(5×10－3,8.35×10－3)m/s≈0.60m/s.③a.系統(tǒng)碰撞前后總動量不變．緣由：系統(tǒng)碰撞之前m1v1＝0.15kg·m/s，系統(tǒng)碰撞之后m1v2＋m2v3＝0.15kg·m/s.b．系統(tǒng)碰撞前后總動能不變．緣由：系統(tǒng)碰撞之前的總動能Ek1＝eq\f(1,2)m1veq\o\al(2,1)＝0.0375J，系統(tǒng)碰撞之后的總動能Ek2＝eq\f(1,2)m1veq\o\al(2,2)＋eq\f(1,2)m2veq\o\al(2,3)＝0.0375J.答案：見解析3．某同學用如圖(a)所示的裝置通過半徑相同的A、B兩球的碰撞來探究碰撞中的守恒量，圖中PQ是斜槽，QR為水平槽，試驗時先使A球從斜槽上某一固定位置G由靜止起先滾下，落到位于水平地面的記錄紙上，留下痕跡，重復上述操作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由靜止起先滾下，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，重復這種操作10次，圖(a)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(b)，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點對齊圖(a)圖(b)(1)除了圖中器材外，試驗室還備有下列器材，完成本試驗還須要用到的器材有________(填選項號)．A．秒表B．天平C．毫米刻度尺D．打點計時器(及電源和紙帶)E．圓規(guī)F．彈簧測力計G．游標卡尺(2)從圖(b)可以測出碰撞后B球的水平射程應取為__________cm.(3)在以下選項中，______________是本次試驗必需進行的測量(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球落點位置到O點的距離C．測量A球或B球的直徑D．測量A球和B球的質(zhì)量(或兩球質(zhì)量之比)E．測量G點相對于水平槽面的高度解析：(1)利用天平測量小球質(zhì)量，利用刻度尺測量落點距離，利用圓規(guī)找到圓心．(2)距離為O點到落點圓心間的距離．(3)ABD答案：(1)BCE(2)64.7(填64.2cm～65.2cm之間均可)(3)ABD4．用圖示試驗裝置探究“碰撞中的不變量”試驗，除了圖示裝置中的試驗儀器外，下列儀器中還須要的是()A．秒表 B．天平C．刻度尺 D．直流電源E．溝通電源若試驗中得到一條紙帶如圖所示，已知A、B車的質(zhì)量分別為mA、mB，則該試驗須要驗證的表達式是______________________．(用圖中物理量和已給出的已知量表示)解析：該試驗須要測量小車的質(zhì)量，故須要天平；須要測量各計數(shù)點間距，故須要刻度尺；打點計時器有計時功能，無需秒表；而打點計時器工作電源是溝通電源，無需直流電源，故選BCE；小車A碰前做勻速運動，打在紙帶上的點間距是勻稱的，故求碰前小車A的速度應選BC段，碰后兩車一起做勻速運動，打出的點也是間距勻稱的，故選DE段來計算碰后速度，在誤差允許的范圍內(nèi)，須要驗證的表達式是mAvA＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(mA＋mB))vAB，即mAxBC＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(mA＋mB))xDE.答案：BCEmAxBC＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(mA＋mB))xDE5．某物理愛好小組利用如圖甲所示的裝置進行驗證動量守恒定律的試驗．在足夠大的水平平臺上的A點放置一個光電門，水平平臺上A點右側(cè)摩擦很小，可忽視不計，左側(cè)為粗糙水平面．采納的試驗步驟如下：A．在小滑塊a上固定一個寬度為d的窄擋光片；B．用天平分別測出小滑塊a(含擋光片)和小球b的質(zhì)量ma、mb；C．在a和b間用細線連接，中間夾一被壓縮了的水平輕短彈簧，靜止放置在平臺上；D．細線燒斷后，a、b瞬間被彈開，向相反方向運動；E．記錄滑塊a通過光電門時擋光片的遮光時間t；F．小球b從平臺邊緣飛出后，落在水平地面的B點，用刻度尺測出平臺距水平地面的高度h及平臺邊緣鉛垂線與B點之間的水平距離sb；G．變更彈簧壓縮量，進行多次測量．(1)用螺旋測微器測量遮光條的寬度，如圖乙所示，則遮光條的寬度為________mm.(2)該試驗要驗證動量守恒定律，則只需驗證兩物體a、b彈開后的動量大小相等，即__________＝__________(用上述試驗所涉及物理量的字母表示，當?shù)刂亓铀俣葹間)．解析：(1)螺旋測微器的固定刻度讀數(shù)為2.5mm，可動刻度讀數(shù)為0.01×5.0mm＝0.050mm，所以最終讀數(shù)為：2.5mm＋0.050mm＝2.550mm.(2)燒斷細線后，a向左運動，經(jīng)過光電門，依據(jù)速度公式可知，a經(jīng)過光電門的速度va＝eq\f(d,t)；故a的動量pa＝maeq\f(d,t).b離開平臺后做平拋