高考物理一輪復(fù)習(xí)考點(diǎn)21-實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律

實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律考點(diǎn)21

第一步狂刷小題·夯基礎(chǔ)[題組一基礎(chǔ)與經(jīng)典題]1．如圖甲所示，在做驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律實(shí)驗(yàn)時(shí)，在小車A的前端粘有橡皮泥，推動(dòng)小車A使之做勻速運(yùn)動(dòng)，然后與原來(lái)靜止在前方的小車B相碰并粘合成一體，繼續(xù)做勻速運(yùn)動(dòng)。在小車A后連著紙帶，電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源頻率為50Hz，長(zhǎng)木板右端下面墊放小木片用以平衡摩擦力。(1)若打點(diǎn)紙帶如圖乙所示，并測(cè)得各計(jì)數(shù)點(diǎn)間距(已標(biāo)在圖上)。A為打下的第一點(diǎn)，則應(yīng)選________段來(lái)計(jì)算A的碰前速度，應(yīng)選________段來(lái)計(jì)算A和B碰后的共同速度。(以上兩空選填“AB”“BC”“CD”或“DE”)(2)已測(cè)得小車A的質(zhì)量m1＝0.40kg，小車B的質(zhì)量m2＝0.20kg，由以上測(cè)量結(jié)果可得碰前總動(dòng)量為________kg·m/s，碰后總動(dòng)量為________kg·m/s。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：___________________________________________。(計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)BC

DE

1.26

1.25

在誤差允許的范圍內(nèi)，碰撞前后系統(tǒng)動(dòng)量守恒

解析2．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：在導(dǎo)軌上只放滑塊A，輕推一下滑塊A，其通過光電門1和光電門2的時(shí)間分別為t1、t2，若t1________(填“>”“＝”或“<”)t2，則說明氣墊導(dǎo)軌水平。＝

(2)滑塊A置于光電門1的左側(cè)，滑塊B靜置于兩光電門間的某一適當(dāng)位置。給A一個(gè)向右的初速度，通過光電門1的時(shí)間為Δt1，A與B碰撞后A再次通過光電門1的時(shí)間為Δt2，滑塊B通過光電門2的時(shí)間為Δt3。為完成該實(shí)驗(yàn)，還必須測(cè)量的物理量有________。A．擋光片的寬度dB．滑塊A的總質(zhì)量m1C．滑塊B的總質(zhì)量m2D．光電門1到光電門2的間距L(3)若滑塊A和B組成的系統(tǒng)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)。BC

解析3.某同學(xué)用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律。他進(jìn)行了如下操作：①將固定在鐵架臺(tái)上的斜槽軌道末端調(diào)整水平；②將質(zhì)量為m1的小球1從斜槽上適當(dāng)?shù)哪滁c(diǎn)A由靜止釋放，離開斜槽末端時(shí)的速度記為v1；③將質(zhì)量為m2的小球2放在斜槽軌道末端并保持靜止；④小球1從斜槽上A點(diǎn)由靜止釋放，在斜槽末端與小球2碰撞，碰后小球1和小球2的速度分別記為v1′、v2′，并離開斜槽末端。實(shí)驗(yàn)要驗(yàn)證的表達(dá)式為m1v1＝m1v1′＋m2v2′。(1)實(shí)驗(yàn)中直接測(cè)定小球碰撞前后的速度是不容易的，但可以通過僅測(cè)量以下哪一個(gè)物理量________就能間接地解決這個(gè)問題(填選項(xiàng)前的字母)。A．小球1開始釋放點(diǎn)A離斜槽軌道末端上表面的高度B．斜槽軌道末端上表面距地面固定的白紙的高度C．小球做平拋運(yùn)動(dòng)的水平射程C

(2)通過(1)解決了小球碰撞前后的速度問題，下列關(guān)于本實(shí)驗(yàn)的操作說法錯(cuò)誤的是________。A．實(shí)驗(yàn)過程中需測(cè)量小球1和小球2的質(zhì)量B．實(shí)驗(yàn)過程中需要利用鉛垂線記錄斜槽末端在白紙上的投影位置C．實(shí)驗(yàn)中要用直徑相同的小球1和小球2，同時(shí)m1應(yīng)小于m2D．實(shí)驗(yàn)中要用直徑相同的小球1和小球2，同時(shí)m1應(yīng)大于m2(3)在步驟④中，小球1從斜槽開始滾下時(shí)的位置比A點(diǎn)低一些，這將影響驗(yàn)證表達(dá)式中物理量________和________的測(cè)量值(請(qǐng)用題中實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表達(dá)式中的符號(hào)表達(dá))，并導(dǎo)致系統(tǒng)的碰后動(dòng)量測(cè)量值________系統(tǒng)的碰前動(dòng)量測(cè)量值(選填“大于”“等于”或“小于”)。C

小于

解析(1)小球離開斜槽軌道末端后做平拋運(yùn)動(dòng)，由于兩小球拋出點(diǎn)的高度相等，它們?cè)诳罩械倪\(yùn)動(dòng)時(shí)間相等，小球的水平位移與小球的初速度成正比，則可以通過僅測(cè)量小球的水平位移即小球做平拋運(yùn)動(dòng)的水平射程，間接測(cè)定小球碰撞前后的速度，故C正確，A、B錯(cuò)誤。(2)驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律成立，需要驗(yàn)證m1v1＝m1v1′＋m2v2′成立，用平拋的水平位移代替速度后，需要測(cè)量?jī)蓚€(gè)小球的質(zhì)量以及平拋的水平位移，A、B正確。實(shí)驗(yàn)中為了使兩球正碰，應(yīng)使兩小球的直徑相同；為了防止入射球反彈，應(yīng)讓入射球的質(zhì)量m1大于被碰球的質(zhì)量m2，C錯(cuò)誤，D正確。本題選錯(cuò)誤的，故選C。(3)在步驟④中，小球1從斜槽開始滾下時(shí)的位置比A點(diǎn)低一些，根據(jù)動(dòng)能定理，碰前小球1的速度小于v1，這將影響v1′和v2′的測(cè)量值，并導(dǎo)致系統(tǒng)的碰后動(dòng)量的測(cè)量值小于系統(tǒng)的碰前動(dòng)量測(cè)量值。解析4．如圖1所示，用“碰撞實(shí)驗(yàn)器”可以驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，即研究?jī)蓚€(gè)小球在軌道末端碰撞前后的動(dòng)量關(guān)系：先安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，在地上鋪一張白紙，白紙上鋪放復(fù)寫紙，記下重垂線所指的位置O。接下來(lái)的實(shí)驗(yàn)步驟如下：步驟1：不放小球2，讓小球1從斜槽上A點(diǎn)由靜止?jié)L下，并落在地面上，重復(fù)多次，用盡可能小的圓，把小球的所有落點(diǎn)圈在里面，其圓心就是小球落點(diǎn)的平均位置P；步驟2：把小球2放在斜槽末端邊緣位置B，讓小球1從A點(diǎn)由靜止?jié)L下，使它們碰撞；重復(fù)多次，并使用與步驟1同樣的方法分別標(biāo)出碰撞后兩小球落點(diǎn)的平均位置M、N；步驟3：用刻度尺分別測(cè)量三個(gè)落地點(diǎn)的平均位置M、P、N離O點(diǎn)的距離，即線段OM、OP、ON的長(zhǎng)度。小球1和小球2的質(zhì)量m1和m2

2

解析解析[題組二高考真題]5．(2020·全國(guó)卷Ⅰ)某同學(xué)用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證動(dòng)量定理，所用器材包括：氣墊導(dǎo)軌、滑塊(上方安裝有寬度為d的遮光片)、兩個(gè)與計(jì)算機(jī)相連接的光電門、砝碼盤和砝碼等。實(shí)驗(yàn)步驟如下：(1)開動(dòng)氣泵，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌，輕推滑塊，當(dāng)滑塊上的遮光片經(jīng)過兩個(gè)光電門的遮光時(shí)間________________時(shí)，可認(rèn)為氣墊導(dǎo)軌水平；(2)用天平測(cè)砝碼與砝碼盤的總質(zhì)量m1、滑塊(含遮光片)的質(zhì)量m2；(3)用細(xì)線跨過輕質(zhì)定滑輪將滑塊與砝碼盤連接，并讓細(xì)線水平拉動(dòng)滑塊；(4)令滑塊在砝碼和砝碼盤的拉動(dòng)下從左邊開始運(yùn)動(dòng)，和計(jì)算機(jī)連接的光電門能測(cè)量出遮光片經(jīng)過A、B兩處的光電門的遮光時(shí)間Δt1、Δt2及遮光片從A運(yùn)動(dòng)到B所用的時(shí)間t12；大約相等

m1gt12

0.221

0.212

4

解析[題組三模擬題]6．(2021·浙江省浙南名校聯(lián)盟高三上第一次聯(lián)考)如圖所示，用“碰撞實(shí)驗(yàn)器”可以探究碰撞中的不變量。實(shí)驗(yàn)時(shí)先讓質(zhì)量為m1的入射小球從斜槽軌道上某一固定位置S由靜止開始滾下，從軌道末端O點(diǎn)水平拋出，落到與軌道O點(diǎn)連接的傾角為θ的斜面上P點(diǎn)。再把質(zhì)量為m2的被碰小球放在斜槽軌道末端，讓入射小球仍從位置S由靜止?jié)L下，與被碰小球碰撞后，分別與斜面第一次碰撞留下各自的落點(diǎn)痕跡M、N。(不考慮小球在斜面上的多次碰撞)(1)實(shí)驗(yàn)中，直接測(cè)定小球碰撞前后的速度是不容易的。但是，可以通過僅測(cè)量________，間接地解決這個(gè)問題。A．小球開始釋放高度h B．斜面的傾角θC．O點(diǎn)與各落點(diǎn)的距離(2)以下提供的測(cè)量工具中，本實(shí)驗(yàn)必須使用的是________。A．刻度尺

B．天平

C．量角器

D．停表C

AB

(3)關(guān)于本實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是________。A．斜槽軌道必須光滑，且入射小球每次釋放的初位置相同B．斜槽軌道末端必須水平C．為保證入射球碰后沿原方向運(yùn)動(dòng)，應(yīng)滿足入射球的質(zhì)量m1等于被碰球的質(zhì)量m2B

B

m1·OP＝m1·OM＋m2·ON

解析解析7．(2021·廣東省肇慶市高三上第一次統(tǒng)一檢測(cè))某實(shí)驗(yàn)小組采用如圖所示裝置驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，即研究?jī)蓚€(gè)小球在軌道水平部分碰撞前后的動(dòng)量關(guān)系。(1)實(shí)驗(yàn)步驟如下：A．將擋板豎直放置，擋板左側(cè)表面固定白紙，白紙上面固定復(fù)寫紙。B．先讓質(zhì)量為m1的入射小球1從斜槽上S位置由靜止釋放，從水平軌道末端B點(diǎn)水平飛出后撞到擋板上，多次釋放小球，確定其平均落點(diǎn)的位置P；C．把質(zhì)量為m2的被碰小球2靜置于水平軌道的末端B點(diǎn)，再將入射小球1從斜槽上S位置由靜止釋放，與被碰小球2相撞，并多次重復(fù)，確定兩小球的平均落點(diǎn)。其中________(選填“N”或“M”)點(diǎn)為被碰小球2的平均落點(diǎn)；D．在白紙上確定O點(diǎn)，使O點(diǎn)與B點(diǎn)小球球心位置等高。N

(2)實(shí)驗(yàn)必須要求滿足的條件是________。(填選項(xiàng)前的字母)A．斜槽軌道必須是光滑的B．入射小球每次都要從同一高度由靜止釋放C．入射小球與被碰小球半徑相同且m1>m2(3)驗(yàn)證動(dòng)量守恒，必須測(cè)量的數(shù)據(jù)是________。(填選項(xiàng)前的字母)A．兩個(gè)小球的質(zhì)量m1、m2 B．入射小球開始釋放的高度hC．B點(diǎn)距擋板的水平距離d D．小球下落的高度hON、hOM、hOP若動(dòng)量守恒，應(yīng)滿足關(guān)系式________________________________。(用題目所給物理量的字母表示)BC

AD

解析(1)碰撞后，球1不反彈，球2的水平速度大于球1的水平速度，水平位移相等，球2運(yùn)動(dòng)時(shí)間較短，下落高度較小，故球2的平均落點(diǎn)為N點(diǎn)。(2)為使球1每次到達(dá)B點(diǎn)的速度都相同，每次球1都從同一位置由靜止釋放，所以軌道沒有必要是光滑的，A錯(cuò)誤，B正確；為了防止球1反彈，則m1>m2，為了保證小球碰撞后都做平拋運(yùn)動(dòng)，則碰撞必須是對(duì)心碰撞，即兩個(gè)小球必須半徑相同，C正確。解析解析8．(2021·河北省高三二輪復(fù)習(xí)聯(lián)考一)某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖a所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律。實(shí)驗(yàn)的主要步驟如下：①用游標(biāo)卡尺測(cè)量小球A、B的直徑d，其示數(shù)如圖b所示，用天平測(cè)量小球A、B的質(zhì)量分別為m1、m2；②用兩條細(xì)線分別將球A、B懸掛于同一水平高度，且自然下垂時(shí)兩球恰好