《(浙江專版)2022屆高考物理一輪復(fù)習(xí) 第13章 動量守恒定律近代物理 3 實驗十三 驗證動量守恒定律隨堂檢測鞏固落實 新人教版》由會員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《(浙江專版)2022屆高考物理一輪復(fù)習(xí) 第13章 動量守恒定律近代物理 3 實驗十三 驗證動量守恒定律隨堂檢測鞏固落實 新人教版(5頁珍藏版)》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、(浙江專版)2022屆高考物理一輪復(fù)習(xí) 第13章 動量守恒定律近代物理 3 實驗十三 驗證動量守恒定律隨堂檢測鞏固落實 新人教版
1.為了驗證碰撞中的動量守恒和檢驗兩個小球的碰撞是否為彈性碰撞(碰撞過程中沒有機械能損失),某同學(xué)選取了兩個體積相同、質(zhì)量不等的小球,按下述步驟做實驗:
①用天平測出兩個小球的質(zhì)量分別為m1和m2,且m1>m2.
②按照如圖所示安裝好實驗裝置.將斜槽AB固定在桌邊,使槽的末端點的切線水平.將一斜面BC連接在斜槽末端.
③先不放小球m2,讓小球m1從斜槽頂端A處由靜止開始滾下,記下小球在斜面上的落點位置.
④將小球m2放在斜槽末端點B處,讓小球m1從斜槽
2、頂端A處滾下,使它們發(fā)生碰撞,記下小球m1和小球m2在斜面上的落點位置.
⑤用毫米刻度尺量出各個落點位置到斜槽末端點B的距離.圖中D、E、F點是該同學(xué)記下的小球在斜面上的幾個落點位置,到B點的距離分別為LD、LE、LF.
根據(jù)該同學(xué)的實驗,回答下列問題:
(1)小球m1與m2發(fā)生碰撞后,m1的落點是圖中的____點,m2的落點是圖中的________點.
(2)用測得的物理量來表示,只要滿足關(guān)系式________________________,則說明碰撞中動量是守恒的.
(3)用測得的物理量來表示,只要再滿足關(guān)系式________________________,則說明兩小球的碰撞
3、是彈性碰撞.
解析:(1)小球的落點位置跟平拋運動的初速度大小有關(guān),碰后,小球m1的速度較小,m2的速度較大,所以m1的落點是圖中的D點,m2的落點是圖中的F點.
(2)設(shè)碰前小球m1的速度為v0,碰撞后m1的速度為v1,m2的速度為v2,根據(jù)動量守恒定律,它們應(yīng)該滿足關(guān)系式m1v0=m1v1+m2v2.設(shè)斜面傾角為θ,根據(jù)平拋運動的規(guī)律有tan θ===,所以v=∝t,而t=∝∝,所以v∝.本題中,要驗證m1v0=m1v1+m2v2成立,只需要驗證m1=m1+m2成立.
(3)要驗證兩個小球的碰撞是彈性碰撞,即要再驗證m1v=m1v+m2v成立,而平拋運動時的初速度v∝,所以v2∝L,
4、故需要再滿足關(guān)系式m1LE=m1LD+m2LF.
答案:(1)D F
(2)m1=m1+m2
(3)m1LE=m1LD+m2LF
2.利用氣墊導(dǎo)軌通過閃光照相進行“探究碰撞中的不變量”這一實驗.
(1)實驗要求研究兩滑塊碰撞時動能損失很小和很大等各種情況,若要求碰撞時動能損失最大應(yīng)選圖中的________(填“甲”或“乙”),若要求碰撞動能損失最小則應(yīng)選下圖中的________(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)某次實驗時碰撞前B滑塊靜止,A滑塊勻速向B滑塊運動并發(fā)生碰撞,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
5、示.已知相鄰兩次閃光的時間間隔為T,在這4次閃光的過程中,A、B兩滑塊均在0~80 cm范圍內(nèi),且第1次閃光時,滑塊A恰好位于x=10 cm處.若A、B兩滑塊的碰撞時間及閃光持續(xù)的時間極短,均可忽略不計,則可知碰撞發(fā)生在第1次閃光后的________時刻,A、B兩滑塊質(zhì)量比mA∶mB=________.
解析:(1)若要求碰撞時動能損失最大,則需兩滑塊碰撞后結(jié)合在一起,故應(yīng)選圖中的乙;若要求碰撞時動能損失最小,則應(yīng)使兩滑塊發(fā)生彈性碰撞,即選圖中的甲.
(2)由圖可知,第1次閃光時,滑塊A恰好位于x=10 cm處,第二次A在x=30 cm處,第三次A在x=50 cm處,碰撞在x=60 c
6、m處.從第三次閃光到碰撞的時間為,則可知碰撞發(fā)生在第1次閃光后的2.5T時刻.設(shè)碰前A的速度為v,則碰后A的速度為,B的速度為v,根據(jù)動量守恒定律可得mAv=-mA·+mB·v,解得=.
答案:(1)乙 甲 (2)2.5T 2∶3
3.某實驗小組的同學(xué)制作了一個彈簧彈射裝置,輕彈簧兩端各放一個金屬小球(小球與彈簧不連接),壓縮彈簧并鎖定,然后將鎖定的彈簧和兩個小球組成的系統(tǒng)放在內(nèi)壁光滑的金屬管中(管徑略大于兩球直徑),金屬管水平固定在離地面一定高度處,如圖所示.解除彈簧鎖定,則這兩個金屬小球可以同時沿同一直線向相反方向彈射.現(xiàn)要測定彈射裝置在彈射時所具有的彈性勢能,并探究彈射過程所遵循的規(guī)
7、律,實驗小組配有足夠的基本測量工具,并按下述步驟進行實驗:
①用天平測出兩球質(zhì)量分別為m1、m2;
②用刻度尺測出兩管口離地面的高度均為h;
③解除彈簧鎖定彈出兩球,記錄下兩球在水平地面上的落點M、N.
根據(jù)該小組同學(xué)的實驗,回答下列問題:
(1)要測定彈射裝置在彈射時所具有的彈性勢能,還需要測量的物理量有________.
A.彈簧的壓縮量Δx
B.兩球落地點M、N到對應(yīng)管口P、Q的水平距離x1、x2
C.小球直徑
D.兩球從彈出到落地的時間t1、t2
(2)根據(jù)測量結(jié)果,可得彈性勢能的表達式為_________________________________
__
8、______________________________________________________________________.
(3)用測得的物理量來表示,如果滿足關(guān)系式____________________________,則說明彈射過程中系統(tǒng)動量守恒.
解析:(1)彈簧彈出兩球過程中,系統(tǒng)機械能守恒,要測定壓縮彈簧的彈性勢能,可轉(zhuǎn)換為測定兩球被彈出時的動能,實驗中顯然可以利用平拋運動測定平拋初速度以計算初動能,因此在測出平拋運動下落高度的情況下,只需測定兩球落地點M、N到對應(yīng)管口P、Q的水平距離x1、x2,所以選B.
(2)平拋運動的時間t=,初速度v0=,因此初動
9、能Ek=mv=,由機械能守恒定律可知,壓縮彈簧的彈性勢能等于兩球平拋運動的初動能之和,即Ep=+.
(3)若彈射過程中系統(tǒng)動量守恒,則m1v01=m2v02,代入時間得m1x1=m2x2.
答案:(1)B (2)Ep=+
(3)m1x1=m2x2
4.如圖是用來驗證動量守恒的實驗裝置,彈性球1用細線懸掛于O點,O點下方桌子的邊緣有一豎直立柱.實驗時,調(diào)節(jié)懸點,使彈性球1靜止時恰與立柱上的球2右端接觸且兩球等高.將球1拉到A點,并使之靜止,同時把球2放在立柱上.釋放球1,當它擺到懸點正下方時與球2發(fā)生對心碰撞,碰后球1向左最遠可擺到B點,球2落到水平地面上的C點.測出有關(guān)數(shù)據(jù)即可驗證1、
10、2兩球碰撞時動量守恒.現(xiàn)已測出A點離水平桌面的距離為a、B點離水平桌面的距離為b,C點與桌子邊沿間的水平距離為c.此外:
(1)還需要測量的量是_____________、_____________和_______________.
(2)根據(jù)測量的數(shù)據(jù),該實驗中動量守恒的表達式為________________________.(忽略小球的大小)
解析:(1)要驗證動量守恒必須知道兩球碰撞前后的動量變化,根據(jù)彈性球1碰撞前后的高度a和b,由機械能守恒可以求出碰撞前后的速度,故只要再測量彈性球1的質(zhì)量m1,就能求出彈性球1的動量變化;根據(jù)平拋運動的規(guī)律只要測出立柱高h和桌面離水平地面
11、的高度H就可以求出彈性球2碰撞前后的速度變化,故只要測量彈性球2的質(zhì)量和立柱高h、桌面離水平地面的高度H就能求出彈性球2的動量變化.
(2)根據(jù)(1)的解析可以寫出動量守恒的方程
2m1=2m1+m2.
答案:(1)彈性球1、2的質(zhì)量m1、m2 立柱高h
桌面離水平地面的高度H
(2)2m1=2m1+m2
5.
用“碰撞實驗器”可以驗證動量守恒定律,即研究兩個小球在軌道水平部分碰撞前后的動量關(guān)系.
(1)實驗中,直接測定小球碰撞前后的速度是不容易的.但是,可以通過僅測量__________(填選項前的序號),間接地解決這個問題.
A.小球開始釋放高度h
B.小球拋出點距
12、地面的高度H
C.小球做平拋運動的水平射程
(2)圖甲中O點是小球拋出點在地面上的垂直投影,實驗時,先讓入射球m1多次從斜軌上同一位置靜止釋放,找到其平均落地點的位置B,測量平拋射程.然后把被碰小球m2靜止于軌道的水平部分,再將入射小球m1從斜軌上相同位置靜止釋放,與小球m2相撞,并多次重復(fù).接下來要完成的必要步驟是__________(填選項的符號).
A.用天平測量兩個小球的質(zhì)量m1、m2
B.測量小球m1開始釋放高度h
C.測量拋出點距地面的高度H
D.分別找到m1、m2相碰后平均落地點的位置A、C
E.測量平拋射程、
(3)若兩球相碰前后的動量守恒,其表達式可表示為__
13、__________________[用(2)中測量的量表示];若碰撞是彈性碰撞,那么還應(yīng)滿足的表達式為__________________[用(2)中測量的量表示].
(4)經(jīng)測定,m1=45.0 g,m2=7.5 g,小球落地點的平均位置到O點的距離如圖乙所示.碰撞前、后m1的動量分別為p1與p′1,則p1∶p′1=__________∶11;若碰撞結(jié)束時m2的動量為p′2,則p′1∶p′2=11∶__________;所以,碰撞前、后總動量的比值=__________;實驗結(jié)果說明____________________.
解析:(1)設(shè)小球a沒有和b球碰撞,拋出時速度為v1,球
14、a和球b碰撞后拋出的速度分別為v2、v3,則我們要驗證動量守恒即:m1v1=m1v2+m2v3,測速度是關(guān)鍵,平拋運動的初速度v=即m1=m1+m2,因為平拋運動的高度一定,所以t1=t2=t3,即m1=m1+m2,只要測得小球做平拋運動的水平射程,即可替代速度.
(2)碰撞完畢后,就要測數(shù)據(jù)驗證了,所以我們由(1)知道可以通過測量它們的水平射程就可以替代不容易測量的速度.再用天平稱出兩小球的質(zhì)量m1、m2.
(3)見(1),彈性碰撞沒有機械能損失,所以還應(yīng)滿足機械能守恒,m12=m12+m22.
(4)將數(shù)據(jù)代入(3),因為存在實驗誤差,所以最后等式兩邊不會嚴格相等,所以誤差允許范圍內(nèi),碰撞前、后的總動量不變.
答案:(1)C (2)ADE (3)m1=m1+m2 m12=m12+m22 (4)14 2.9 誤差允許范圍內(nèi),碰撞前、后的總動量不變