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1、專題62 驗證動量守恒定律(測)
【滿分:60分時間:45分鐘】
實驗題(共5小題,每題12分)
1.某同學(xué)用如圖所示裝置,通過半徑相同的A、B兩球的碰撞來驗證動量守恒定律。
A
B
(1)實驗中必須要求的條件是( )
A.斜槽軌道盡量光滑以減少誤差
B.斜槽軌道末端的切線必須水平
C.入射球和被碰球的質(zhì)量必須相等,且大小相同
D.入射球每次必須從軌道的同一位置由靜止?jié)L下
(2)在以下選項中,哪些是本次實驗必須進行的測量()(填選項號)
A.水平槽上未放B球時,測量A球落點P到O點的距離
B.A球與B球碰撞后,測量A球落點M到O點的距離
C.A球與B球碰
2、撞后,測量B球落點N到O點的距離
D.測量A球或B球的直徑
E.測量A球和B球的質(zhì)量(或兩球質(zhì)量之比)
F.測量釋放點G相對于水平槽面的高度
G.測量水平槽面離地的高度
(3)某次實驗中得出的落點情況如下圖所示,假設(shè)碰撞過程中動量守恒,則入射小球質(zhì)量m1和被碰小球質(zhì)量m2之比為____________。
【答案】(1) BD (2) A、B、C、E (3) 4:1
【名師點睛】本題考查了通過平拋運動驗證動量守恒定律的方法。
2.某同學(xué)設(shè)計了一個用打點計時器驗證動量守恒定律的實驗:在小車A的前端粘有橡皮泥,推動小車A使之做勻速直線運動,然后與原來靜止在前方的小車B相
3、碰并粘合成一體,繼續(xù)做勻速直線運動.他設(shè)計的具體裝置如圖所示,在小車A后連著紙帶,電磁打點計時器的電源頻率為50Hz,長木板下墊著小木片用以平衡摩擦力.
①若已得到打點紙帶如圖甲所示,并將測得各計數(shù)點間距標在圖上,A為運動起始的第一點,若要計算小車A的碰前速度以vA及計算A和B碰后的共同速度v共,應(yīng)分別選擇紙帶的哪一段?(“AB”、“BC”、“CD”或“DE”)
②若已測得小車A的質(zhì)量 m1=0.40kg,小車B的質(zhì)量m2=0.20kg,那么碰前兩小車的總動量為多少?碰后兩小車的總動量為多少?
【答案】①BC,DE;②0.420kg?m/s;0.417kg?m/s.
【解析】
①
4、推動小車由靜止開始運動,故小車有個加速過程,在碰撞前做勻速直線運動,即在相同的時間內(nèi)通過的位移相同,故BC段為勻速運動的階段,故選BC計算碰前的速度;碰撞過程是一個變速運動的過程,而A和B碰后的共同運動時做勻速直線運動,故在相同的時間內(nèi)通過相同的位移,故應(yīng)選DE段來計算碰后共同的速度.
②碰前小車的速度為誒:vA===1.05m/s,
碰前的總動量為:P=mAvA=0.4×1.05=0.420kg?m/s;
碰后小車的共同速度為:v===0.695m/s,
碰后的動量為:P′=(mA+mB)v=(0.4+0.2)×0.695=0.417kg?m/s;
【名師點睛】本題考查了驗證動量守
5、恒定律實驗,分析清楚小車運動過程,運用速度公式、動量計算公式即可正確解題,要掌握根據(jù)紙帶求速度的方法.①小車做勻速直線運動時,在相等時間內(nèi)的位移相等,分析小車的運動過程,然后答題;②根據(jù)圖象,由速度公式求出小車的速度,然后由P=mv求出動量.
3.如圖為實驗室常用的氣墊導(dǎo)軌驗證動量守恒實驗的裝置。兩個帶有等寬遮光條的滑塊A和B,質(zhì)量分別為mA、mB,在A、B間用細線水平壓住一輕彈簧,將其置于氣墊導(dǎo)軌上,調(diào)節(jié)導(dǎo)軌使其能實現(xiàn)自由靜止,這是表明_____________,燒斷細線,滑塊A、B被彈簧彈開,光電門C、D記錄下兩遮光條通過的時間分別為tA和tB,若有關(guān)系式____________
6、_成立,則說明該實驗中動量守恒。
【答案】氣墊導(dǎo)軌水平,
【解析】
【名師點睛】滑塊靜止,處于平衡狀態(tài),所受合力為零,據(jù)此分析答題;求出滑塊速度,由動量守恒定律分析答題;本題考查了實驗注意事項、實驗數(shù)據(jù)處理,應(yīng)用速度公式、動量守恒定律即可正確解題。
4.某同學(xué)用如圖所示的裝置,利用兩個大小相同的小球做對心碰撞來驗證動量守恒定律,圖中AB是斜槽,BC是水平槽,它們連接平滑,O點為重錘線所指的位置.實驗時先不放置被碰球2,讓球1從斜槽上的某一固定位置G由靜止開始滾下,落到位于水平地面的記錄紙上,留下痕跡,重復(fù)10次,然后將球2置于水平槽末端,讓球1仍從位置G由靜止?jié)L下,和球2碰
7、撞,碰后兩球分別在記錄紙上留下各自的痕跡,重復(fù)10次.實驗得到小球的落點的平均位置分別為M、N、P.
(1)在該實驗中,應(yīng)選用的器材是下列器材中的.
A天平 B游標卡尺 C刻度尺 D大小相同的鋼球兩個
E大小相同的鋼球和硬橡膠球各一個
(2)在此實驗中,球1的質(zhì)量為m1,球2的質(zhì)量為m2,需滿足m1m2(選填“大于”、“小于”或“等于”).
(3)被碰球2飛行的水平距離由圖中線段表示.
(4)若實驗結(jié)果滿足m1?=,就可以驗證碰撞過程中動量守恒.
【答案】(1)ACE;(2)大于;(3);(4)m1+m2
【解析】
(2)在小球碰撞過程中水平方向動量守恒
8、定律故有:m1v0=m1v1+m2v2
在碰撞過程中動能守恒故有:m1v02=m1v12+m2v22
解得:v1=
要碰后入射小球的速度v1>0,即m1﹣m2>0,
故答案為:大于.
(3)1球和2球相撞后,2球的速度增大,1球的速度減小,都做平拋運動,豎直高度相同,所以所以碰撞后2球的落地點是P點,所以被碰球2飛行的水平距離由圖中線段
表示;
(4)N為碰前入射小球落點的位置,M為碰后入射小球的位置,P為碰后被碰小球的位置,碰撞前入射小
【名師點睛】本題是運用等效思維方法,平拋時間相等,用水平位移代替初速度,這樣將不便驗證的方程變成容易驗證.(1)根據(jù)實驗的原理,選擇需要進行
9、實驗的器材;寫出驗證動量守恒定律的表達式,根據(jù)表達式中的物理量選擇需要的測量工具;(2)為了保證碰撞前后使入射小球的速度方向不變,故必須使入射小球的質(zhì)量大于被碰小球的質(zhì)量.(3)小球1和小球2相撞后,小球2的速度增大,小球1的速度減小,都做平拋運動,由平拋運動規(guī)律不難判斷出;(4)先根據(jù)平拋運動的特點判斷碰撞前后兩個小球的落地點,再求出碰撞前后兩個小球的速度,根據(jù)動量的公式列出表達式,代入數(shù)據(jù)看碰撞前后的動量是否相等.
5.兩位同學(xué)用如圖甲所示裝置,通過半徑相同的A、B兩球的碰撞來驗證動量守恒定律.
①實驗中必須滿足的條件是.
A.斜槽軌道盡量光滑以減小誤差
B.斜槽軌道末端的
10、切線必須水平
C.入射球A每次必須從軌道的同一位置由靜止?jié)L下
D.兩球的質(zhì)量必須相等
②測量所得入射球A的質(zhì)量為mA,被碰撞小球B的質(zhì)量為mB,圖甲中O點是小球拋出點在水平地面上的垂直投影,實驗時,先讓入射球A從斜軌上的起始位置由靜止釋放,找到其平均落點的位置P,測得平拋射程為OP;再將入射球A從斜軌上起始位置由靜止釋放,與小球B相撞,分別找到球A和球B相撞后的平均落點M、N,測得平拋射程分別為OM和ON.當所測物理量滿足表達式時,即說明兩球碰撞中動量守恒;如果滿足表達式時,則說明兩球的碰撞為完全彈性碰撞.
③乙同學(xué)也用上述兩球進行實驗,但將實驗裝置進行了改裝:如圖乙所示,將白紙、
11、復(fù)寫紙固定在豎直放置的木條上,用來記錄實驗中球A、球B與木條的撞擊點.實驗時,首先將木條豎直立在軌道末端右側(cè)并與軌道接觸,讓入射球A從斜軌上起始位置由靜止釋放,撞擊點為B′;然后將木條平移到圖中所示位置,入射球A從斜軌上起始位置由靜止釋放,確定其撞擊點P′;再將入射球A從斜軌上起始位置由靜止釋放,與球B相撞,確定球A和球B相撞后的撞擊點分別為M′和N′.測得B′與N′、P′、M′各點的高度差分別為h1、h2、h3.若所測物理量滿足表達式=+時,則說明球A和球B碰撞中動量守恒.
【答案】①BC;
②mAOP=mAOM+mBON;mAOP2=mAOM2+mBON2;
③=+
【解析
12、】
②小球離開軌道后做平拋運動,由于小球拋出點的高度相同,它們在空中的運動時間t相等,
它們的水平位移x與其初速度成正比,可以用小球的水平位移代替小球的初速度,
若兩球相碰前后的動量守恒,則mAv0=mAv1+mBv2,又OP=v0t,OM=v1t,ON=v2t,代入得:mAOP=mAOM+mBON,
若碰撞是彈性碰撞,則機械能守恒,由機械能守恒定律得:mAv02=mAv12+mBv22,
將OP=v0t,OM=v1t,ON=v2t代入得:mAOP2=mAOM2+mBON2;
③小球做平拋運動,在豎直方向上:h=gt2,平拋運動時間:t=,
設(shè)軌道末端到木條的水平位置為x,小球做
13、平拋運動的初速度:
vA=,vA′=,vB′=,
【名師點睛】該題考查用“碰撞試驗器”驗證動量守恒定律,該實驗中,雖然小球做平拋運動,但是卻沒有用到速度和時間,而是用位移x來代替速度v,這是解決問題的關(guān)鍵,解題時要注意體會該點;明確知識的正確應(yīng)用.(1)在做“驗證動量守恒定律”的實驗中,是通過平拋運動的基本規(guī)律求解碰撞前后的速度的,所以要保證每次小球都做平拋運動,則軌道的末端必須水平;
(2)由于兩球從同一高度下落,故下落時間相同,所以水平向速度之比等于兩物體水平方向位移之比,然后由動量守恒定律與機械能守恒分析答題.
(3)應(yīng)用平拋運動規(guī)律分析碰撞的速度,再由動量守恒定律列式求解.