专题18 验证动量守恒定律（解析版）.docx

高二物理寒假作业（章节补弱+自测提高）专题18验证动量守恒定律1.某同学做“验证碰撞过程中的动量守恒的实验，实验装置如图所示，曲面体与足够长的长木板固定在水平面上，曲面体的曲面最底端与长木板左端上表面在P点平滑连接。（1）该同学先将物块A放在曲面上的Q点由静止释放，物块A滑上长木板后，最后停在长木板上，测出物块A在长木板上滑行的距离L；然后将物块B放在长木板左端上表面，让物块A仍从Q点由静止释放，两物块在P点发生正碰，碰后物块A、B均沿长木板向右滑行，最后停下时，测出A、B在长木板上滑行的距离分别为。、4.对实验的要求，下列说法正确的是.A.物块A的质量应大于物块B的质量B.物块A、B与长木板的动摩擦因数应相同C.曲面应尽可能的光滑D.Q点离木板的高度应适当大些（2）要验证两物体碰撞过程中的动量守恒，实验还需要测量的物理量是（写出物理量的名称和符号），若表达式成立，则A、B两物块碰撞过程中动量守恒得到验证。【答案】ABD物块A的质量叫、物块B的质量?=+m巫【详解】（I）1A.为了保证A与B相碰后，A能继续向前滑行，物块A的质量应大于物块8的质量，选项A正确；B.为了便于验证动量守恒，应保证物块A、B与长木板的动摩擦因数相同，选项B正确：C.曲面是否光滑不影响实验结果，选项C错误;D.Q点离木板的高度适当大些，可以使A、8碰撞前后的速度较大，在长木板上滑行的距离较远，可以减少实验误差，选项D正确（2）2要验证两物体碰撞过程中的动景守恒,还需要测量的物理量:物块A的质量叫、物块B的质量吗：设物块与长木板的动摩擦因数为，由动能定理得-W咫£=0-；M则碰撞前物块A的速度-在丽同理可得碰撞后物块A的速度V1=J2陷物块B的速度v2=ggb1若动量守恒,则m*"gL=町j2gZ1+?*幽即叫&=州区+慢右成立。2 .某实验小组用光滑导轨验证滑块碰撞过程中动量守恒。实验装置如图甲所示，两滑块置于导轨上，其中滑块2左侧粘有橡皮泥。（1）电火花计时器固定在紧靠导轨左端并连接在50HZ交流电源上，将纸带穿过计时器并固定在滑块1的左端，图中未画出，调节打点计时器的高度使纸带始终与导轨平行。主要步骤：实验前应调节导轨底部的调节旋钮，使导轨;把滑块2放在导轨的中间，使滑块1置于左端弹射架上；先，然后释放滑块1,让滑块1带动纸带一起运动；取下纸带，重复步骤，选出理想的纸带；用天平测得滑块1的质量为300g,滑块2（包括橡皮泥）的版量为346g。（2）某次实验打出的纸带如图乙所示（纸带上的点为自然点）。两滑块碰撞之前系统的总动量为kgm/s；两滑块碰撞之后系统的总动量为kgms（结果均保留3位有效数字）。【答案】水平接通电源0.3900.388【详解】(1)根据动量守恒定律的守恒条件可知，水平方向系统不受外力时动量守恒，所以实验前应调节导轨底部的调节旋钮，使导轨水平；为了提高纸带的利用率，应先接通电源然后释放滑块Io7.2cm:-13.0cm>(2)如图所示，AB=7.2cm=7.2x102m；CD=13.0cm=13.0×102m打点周期7=0.02s,滑块1是向右运动再亏滑块2碰撞粘在一起的，所以粘前速度较大，那么碰撞前的速度为V=出=-ms=1.3ms两滑块碰撞之前系统的总动量为P=其中网=300g=0.3kg解得5T5×0.02P=O.390kgms滑块1与滑块2碰撞后粘在一起的速度为u'=丝=理空ms=0.6ms碰后总动量为6T6×0.02p'=(w1+m2)/其中m2=346g=0.346kg解得P=0.388kgm/s3 .某物理兴趣小组利用如图所示的装置验证动量守恒定律。图中O是小球抛出点在水平地面上的垂直投影点。实验操作步骤如下：用天平分别测量出球1、球2的质量m1、m2;先让球1多次从斜轨上S位置由静止释放，找到其平均落地点P的位置，测出平均落地点P与。点的距离；把球2静置于轨道水平部分末端，再将球1从斜轨上S位置由静止释放，与球2碰撞，找到两球体的平均落地点N、M,并分别测出平均落地点MM与。点的距离；多次重复实验。（1）对于实验过程的分析，下列说法正确的是OA.球1的质量应比球2的质量大B.小球与斜轨间的摩擦对实验有影响C.球1必须从同一高度静止释放D.两个小球的半径可以不同（2）若两小球碰撞前后的动量守恒，其表达式可表示为o（用题中测量的物理量的符号表示）（3）若两小球质量均没有测量，只知道m>m2,则只需验证表达式成立，即可证明发生的碰撞是弹性碰撞。（用测量的物理量的符号表示）【答案】ACnOP=网OM+m2ONmxOP2=nlOM2+m2ON2【详解】（1）1A.为防止碰撞后入射球反弹，入射球1的质量应比被碰小球2质量大，故A正确。B.“验证动量守恒定律”的实验中，是通过平抛运动的基本规律求解碰撞前后的速度的，只要离开轨道后做平抛运动，小球与斜槽间的摩擦对实验没有影响，故B错误。C.要保证碰撞前的速度相同，所以入射球每次都要从同一高度由静止滚下，故C正确。D,为了保证小球碰撞为对心正碰，两球的半径必须相等，故D错误。应选ACo（2）2碰撞过程系统动量守恒，以向右为正方向，由动量守恒定律得m1V1=mw2+m2V3小球离开轨道后做平抛运动，它们抛出点的高度相等，在空中的运动时间t相等，上式两边同时乘以t得nivit=miv2t+m2vit得miOP=myOM+m2ON弹性碰撞过程系统动量守恒、机械能守恒，由机械能守恒定律得Tq片二町尺+片两边同时乘以F得g町用2=lw1vjr+g/呼2则有/W1OP2=miOM2+n2ON24.某同学利用气垫导轨做“寻求碰撞中的不变量”的实验，实验装置如图所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架、光电门等组成。（1）实验的主要步骤：安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；向气垫导轨通人压缩空气；接通光电门电源；两滑块之间有一压缩的弹簧，并用细线连在一起（图中未画出），开始时两滑块放在气垫导轨中间；烧断细线后，两滑块被弹簧弹开，分别向左、右方向运动。左侧滑块通过左侧光电门，记录的遮光时间为0.040s,右侧滑块通过右侧光电门，记录的遮光时间为0.060s；测出遮光片的宽度d=9mm,测得左侧滑块的质量为100g,右侧滑块的质量为150g。（2）数据处理与实验结论：实验中气垫导轨的作用是：a.；规定水平向右为正方向，则两滑块被弹开时左侧滑块的质量与速度的乘积mi力=gms,两滑块质量与速度的乘积的矢量和mv+m2v2=gms,说明两滑块在被弹开的过程中不变。【答案】大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差保证两个滑块的碰撞在一条直线上22.50动量【详解】（2）al大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差;b2保证两个滑块的碰撞在一条直线上;zOxI0-3左侧滑块通过左侧光电门的速度为q=-=7kmzs=0225ms规定水平向右为正方向，则两滑块被tJV.U4弹开时左侧滑块的质量与速度的乘积r11v=-100X0.225kgms=-22.5gmsdQi3右侧滑块通过右侧光电门的速度为=-=Fr-mzs=015ms规定水平向右为正方向，两滑块质量与t20.06速度的乘积的矢量和mv+m2v2=-100X0.225gms+150X0.15gms=O由上式可知碰撞后左右两滑块的总动量为零，说明两滑块在被弹开的过程中动量不变。5.（1）利用气垫导轨通过闪光照相进行“探究碰撞中的不变量这一实验，实验要求研究两滑块碰撞时动能损失很小和很大等各种情况，若要求碰撞时动能损失最大应选图中的图（填“甲或"乙”），若要求碰撞时动能损失最小则应选图（填“甲或“乙）。（甲图两滑块分别装有弹性圈，乙图两滑块分别装有撞针和橡皮泥）（2）某次实验时碰撞前8滑块静止，4滑块匀速向8滑块运动并发生碰撞，利用闪光照相的方法连续4次拍摄得到的闪光照片如图所示。已知相邻两次闪光的时间间隔为丁，在这4次闪光的过程中，48两滑块均在080cm范围内，且第1次闪光时，滑块4恰好位于X=IOCm处。若4、8两滑块的碰撞时间及闪光持续的时间极短，均可忽略不计，则可知碰撞发生在第1次闪光后的时刻。呼吟BFrllinlnlHIHHll11llllO1020304050607080【答案】乙甲2.5T【详解】（1）1若要求碰撞时动能损失最大，则需两滑块碰撞后结合在一起，故应选图乙;若要求碰撞时动能损失最小，则应该使两滑块发生弹性碰撞，即选图甲。（2）3由图可知，第1次闪光时，滑块4恰好位于X=IoCm处，第2次A在x=30Cm处，第3次人在X=50Cm处，碰撞在x=60Cm处，从第3次闪光到碰撞的时间为，则可知碰撞发生在第1次闪光后的2.5T2时刻。6.某实验小组的同学利用如图甲所示的装置来验证动量守恒定律，调节气垫导轨的充气源，轻推滑块使其在气垫导轨上做匀速直线运动；然后将安装有遮光条的滑块P由倾斜轨道上某位置静止释放，经过气垫导轨左侧的光电门1后与滑块Q发生碰撞,并粘合在一起,最终通过光电门2.已知滑块P、Q的质量分别为m、M,回答下列问题：（1）用螺旋测微器测量遮光条的宽度如图乙所示，则宽度d=mm。（2）若滑块P经过光电门1、光电门2时，遮光条的挡光时间分别为配1、f2,则两滑块碰后的总动量为,若碰撞过程系统的动量守恒，则关系式成立；该碰撞过程损失的机械能为（用测量的物理量符号表示）【答案】1.881(,n+M)*-M4=(加+M)二i/nf1-!-(w+f)MZz223J2'J【详解】（1）由题图乙可知螺旋测微器的读数为d=1.5mm+38.1x0.01mm=1.881mm（2）23由题意可知，碰前滑块P的速度为匕=碰后两滑块整体的速度为%=看则碰前系统的总动量为Pl=加匕=/碰后系统的总动量为P2=（w+/>2=（m+M）4-若碰撞过程系统的动量守恒，则有1r2dd/X2z、2PI=P1，即?2=（m+M）±该碰撞过程损失的机械能为£=:?-写-（zw+）M加223J27 .如图甲所示，用“碰撞实验器“可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。T<-35.20cmiH44.80cmr55.68cm甲（1）图甲中。点是小球抛出点在地面上的垂直投影。实验时，先让入射球恤多次从斜轨上S位置静止释放，找到其平均落地点的位置P,测量平抛射程OP,然后，把被碰小球m2静置于轨道的水平部分，再将入射球也从斜轨上S位置静止释放，与小球在相碰，并多次重复。接下来要完成的必要步骤是（填选项前的符号）A.用天平测量两个小球的质量mi、m28 .测量小球mi开始释放高度力C.测量抛出点距离地面的富度HD.分别找到加、m2相碰后平均落地点的位置M、NE.测量平抛射程OM、ON（2）经测定，m=45.0g,m2=7.5g,小球落地点的平均位置距。点的距离如图乙所示。实验结果说明，碰撞前、后总动量的比值为_（用（1）中测量的量表示），代入数值求得这个比值为（3）在上述实验中仅更换两个小球的材质，其他条件不变，可以使被碰小球做平抛运动的射程增大，请用（2）中已知的数据，计算出被碰小球m2平抛运动射程ON的最大值为_cm。【答案】ADE益嘉N17680【详解】（I）1A.小球的动量p=mv,实验需要用天平测量两个小球的质量mi、m2,故A正确：B.只要每次从斜槽的同一位置由静止释放小球即可，不需要测量小球M开始释放高度力，故B错误；C.两球离开轨道后都做平抛运动，它们抛出点的高度相同，运动时间t相等，在表达式中1可以约去，实验不需要测量抛出点距离地面的高度H,故C错误；DE.小球离开轨道后做平抛运动，它们抛出点的高度相等，在空中的运动时间相等，可以用它们的水平位移代替初速度，实验需要分别找到加、m2相碰后平均落地点的位置M、N,需要测量平抛射程OM、ON,故DE正确：故选ADEo(2)23由图示可知，P点是碰撞前入射球的落点，M.N分别是碰撞后入射球与被碰球的落点，要验证动量守恒定律定律，即验证mm=mw2+m2V3小球离开轨道后做平抛运动，它们抛出点的高度相等，在空中的运动时间t相等，上式两边同时乘以t得m1V1t=m1V2tm2V3t可得m0P=m1OM+m2ON，、，一"一二八小前叫OP0.045×0.44801碰撞削后息动量的比值=-n.TT7=八er/C7dcvT74=P后nOM-Vin1ON0.045×0.3520+0.0075×55.68(3)两球发生弹性碰撞时，被碰小球获得速度最大，其水平射程最大，以向右为正方向，由动量守恒定律得m¼j=mw+m2V2由机械能守恒定律得gq说=g町片+gm*；得表达式为州OM?+m2ON2=mOP2解得=TL-%因此最大射程为Sm=OP=×44.80Cm=76,80cmnl+n2Inl+n245g+7.5g8.在实验室里为了验证动量守恒定律，一般采用如图甲、乙所示的两种装置：重垂线O MPN乙(1)若入射小球质量为m】，半径为门；被碰小球质量为m2,半径为小则A. 77>f112,1>2B. m1>m2,1<2C. n1>m2,1=2D. m<r112.r=2(2)若采用图乙所示装置进行实验，以下所提供的测量工具中一定需要的是一A.直尺B.游标卡尺C.天平D.弹簧测力计E.秒表（3）设入射小球的质量为mi,被碰小球的质量为m2,则在用图甲所示装置进行实验时（P为碰前入射小球落点的平均位置），所得“验证动量守恒定律的结论为，（用装置图中的字母表示）（4）若采用图乙所示装置进行实验，某同学记录小球三个落点的平均位置时发现M和N偏离了OP方向，使点。、P、件不在同一条直线上，如图丙所示。若要验证两小球碰撞前后在OP方向上是否动量守恒,应该怎么做;该同学认为只要满足关系式,则说明两小球碰撞前后在OP方向上总动量守恒。方M下丙【答案】CACmlOP=mcOM+m2O,N过M、N点分别做OP的垂线，与OP的交点分别为£、Ffn0P=m0E+m20F【详解】解：（1）1为防止mi和m2碰后，mi反弹，且mi和m2是对心正碰，因此必须是m>r112,”=2,ABD错误，C正确。故选C。（2）两小球碰撞后都做平抛运动，落到地面上时，其下落高度相同，即下落时间相同，在水平方向是匀速直线运动，其运动水平距离由初速度决定，所以需要测量小球下落的水平距离，因此测量工具中一定需要的是直尺；还需要测量两个小球的质量，因此需要天平，其它的不需要测量，AC正确，BD错误。故选AC。（3）（3在用图甲所示装置进行实验时，由平抛运动的规律，设小球下落的高度为力，下落的时间t为，=榨OPOM0'N则有小球mi的初速度为=7g1碰后速度为匕=一;m2碰后速度为%=-要"验证动量守恒定律”，npOMCN需要验证见%=见匕+W2V2则有町丁=ZW1-y-+ZW2-整理可得结论为町=OM+f111O,N（4）4点。、M、P、N不在同一条直线上，如图丙所示。若要验证两小球碰撞前后在OP方向上是否动量守恒，应该过M、N点分别做OP的垂线，与OP的交点分别为E、F,测量。E和。F的长度。只要满足关系式町OPiOE+m2OF则说明两小球碰撞前后在OP方向上总动量守恒。