2017-2018学年高考物理精做18验证动量守恒定律实验大题精做27118

精做18验证动量守恒定律实验1．（2011·北京卷）如图，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。（1）实验中，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的。但是，可以通过仅测量______（填选项前的符号），间接地解决这个问题。A．小球开始释放高度hB．小球抛出点距地面的高度HC．小球做平抛运动的射程（2）图2中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影。实验时，先让入射球1m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2m静置于轨道的水平部分，再将入射球1m从斜轨上S位置静止释放，与小球2m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1m、2mB．测量小球1m开始释放高度hC．测量抛出点距地面的高度HD．分别找到1m、2m相碰后平均落地点的位置M、NE．测量平抛射程OM，ON（3）若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为____________________（用②中测量的量表示）；若碰撞是弹性碰撞，那么还应满足的表达式为____________________（用②中测量的量表示）。（4）经测定，1m=45.0g，2m=7.5g，小球落地点的平均位置距O点的距离如图所示。碰撞前、后1m的动量分别为1p与1p，则1p:1p=_________；若碰撞结束时2m的动量为2p，则1p:2p=_________。实验结果表明，碰撞前、后总动量的比值112ppp为____________________。（5）有同学认为，在上述实验中仅更换两个小球的材质，其它条件不变，可以使被碰小球做平抛运动的射程增大。请你用④中已知的数据，分析和计算出被碰小球2m平抛运动射程ON的最大值为___________cm。【答案】（1）C（2）ADE或DEA或DAE（3）121mOMmONmOP222121mOMmONmOP（4）142.91~1.01（5）76.8【解析】验证动量守恒定律实验中，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的，但是通过落地高度不变情况下水平射程来体现速度，故答案是C；实验时，先让入射球1m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2m静置于轨道的水平部分，再将入射球1m从斜轨上S位置静止释放，与小球2m相碰，并多次重复。测量平均落点的位置，找到平抛运动的水平位移，因此步骤中D、E是必须的，而且D要在E之前。至于用天平秤质量先后均可以．所以答案是ADE或DEA或DAE，设落地时间为t，则112OPOMONvvvttt，，；而动量守恒的表达式是111122 mvmvmv＝，动能守恒的表达式是222111122111222mvmvmv，所以若两球相碰前后的动量守恒，则121mOMmONmOP成立，若碰撞是弹性碰撞，动能是守恒的，则有222121mOMmONmOP＝成立，碰撞前后1m动量之比：1144.81435.211POPPOM，1122 45.035.2117.555.682.9PmOMPmON＝，1112124544.81.014535.27.555.68PmOPPPmOMmON，发生弹性碰撞时，被碰小球获得速度最大，根据动量守恒的表达式是1?11122 mvmvmv＝，动能守恒的表达式是222111122111  222mvmvmv联立解得121122 mvvmm，因此最大射程为24544.8cm=76.8cm457.5S。2．（2014·新课标全国Ⅱ卷）利用图（a）所示的装置验证动量守恒定律。在图（a）中，气垫导轨上有A、B两个滑块，滑块A右侧带有一弹簧片，左侧与打点计时器（图中未画出）的纸带相连；滑块B左侧也带有一弹簧片，上面固定一遮光片，光电计时器（未完全画出）可以记录遮光片通过光电门的时间。实验测得滑块A质量m1=0.310kg，滑块B的质量m2=0.108kg，遮光片的宽度d=1.00cm；打点计时器所用的交流电的频率为f=50HZ。将光电门固定在滑块B的右侧，启动打点计时器，给滑块A一向右的初速度，使它与B相碰；碰后光电计时器显示的时间为Δ3.500msBt，碰撞前后打出的纸带如图（b）所示。若实验允许的相对误差绝对值00100()´碰撞前后量之差碰前量总动总动最大为5℅，本实验是否在误差范围内验证了动量守恒定律？写出运算过程。【答案】见解析设B在碰撞后的速度大小为v2，由①式有2Bdvt代入题所给的数据可得：v2=2.86m/s⑥设两滑块在碰撞前后的动量分别为p和p’，则p=m1v0⑦p’=m2v1+m2v2⑧两滑块在碰撞前后总动量相对误差的绝对值为00100rppp⑨联立③④⑥⑦⑧⑨式并代入有关数据，可得：0000175.r=＜⑩因此，本实验在允许的误差范围内验证了动量守恒定律。3．关于“验证动量守恒定律”的实验，请完成下列的三个问题：（1）如图所示，在做“验证动量守恒定律”的实验时，实验必须要求满足的条件是：______。A．斜槽轨道必须是光滑的B．斜槽轨道末端的切线是水平的C．入射球每次都要从同一高度由静止滚下D．若入射小球质量为1m，被碰小球质量为2m，则1m2m（2）利用“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。图中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影。实验时，先让入射球m1多次从斜轨上的S位置静止释放，找到其平均落地点的位置P，测量出平抛的射程OP。然后，把被碰小球m2静置于轨道的水平部分，再将入射小球m1从斜轨上的S位置由静止释放，与小球m2相碰，并且多次重复。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m1、m2B．测量小球m1开始释放高度hC．测量抛出点距地面的高度HD．分别找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、NE．测量平抛射程OM，ON（3）若两个小球相碰前后的动量守恒，其表达式可以表示为______________。[利用（2）中所测量的物理量表示]；若碰撞是弹性的碰撞，那么还应该满足的表达式应该为______________。[利用（2）中所测量的物理量表示]。【答案】（1）BCD（2）ADE或DEA或DAE（3）m1·OM+m2·ON=m1·OPm1·OM2+m2·ON2=m1·OP2【解析】碰撞瞬间动量守恒，之后两个小球均做平抛运动，不需要斜槽末端光滑，由系统前后动量守恒，需要测量出两球质量和速度，速度的测量是根据平抛运动的时间相等，水平方向匀速运动，利用水平位移替换速度的，111223mvmvmv，112OPOMONmmmttt，即m1·OM+m2·ON=m1·OP，若弹性碰撞，则能量守恒，有222111223111222mvmvmv，即m1·OM2+m2·ON2=m1·OP2。4．用如图所示的装置进行“验证动量守恒定律”的实验：①先测出可视为质点的两滑块A、B的质量分别为m、M及滑块与桌面间的动摩擦因数μ。②用细线将滑块A、B连接，使A、B间的轻质短弹簧处于压缩状态，滑块B恰好紧靠桌边。③剪断细线，测出滑块B做平拋运动的水平位移x1，滑块A沿水平桌面滑行距离为x2（未滑出桌面）。④为验证动量守恒定律，写出还需测量的物理量及表示它们的字母__________________；如果动量守恒，需要满足的关系式为_____________________________。【答案】桌面离地高度hMx112h=m22x5．气垫导轨是常用的一种实验仪器，它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫，使滑块悬浮在导轨上，滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦。我们可以用带竖直挡板C和D的气垫导轨和滑块A和B验证动量守恒定律，实验装置如图所示（弹簧的长度忽略不计），采用的实验步骤如下：a．用天平分别测出滑块A、B的质量mA、mBb．调整气垫导轨，使导轨处于水平c．在A和B间放入一个被压缩的轻弹簧，用电动卡销锁定，静止放置在气垫导轨上d．用刻度尺测出A的左端至挡板C的距离L1e．按下电钮放开卡销，同时分别记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作，当A、B滑块分别碰撞挡板C、D时计时结束，记下A、B分别到达C、D的运动时间t1和t2（1）实验中还应测量的物理量及其符号是___________________________________。（2）利用上述测量的实验数据，验证动量守恒定律的表达式是______________，上式中算得的A、B两滑块的动量大小并不完全相等，产生误差的原因有___________________（至少答出两点）。【答案】（1）B的右端至挡板D的距离，符号为L2（2）mA11Lt=mB22Lt①L1、L2、t1、t2、mA、mB的数据测量误差；②没有考虑弹簧推动滑块的加速过程；③滑块并不是做标准的匀速直线运动，滑块与导轨间有少许摩擦力；④气垫导轨不完全水平（任写两点即可）【解析】A、B两滑块被压缩的弹簧弹开后，在气垫导轨上运动时可视为匀速运动，因此只要测出A与C的距离L1、B与D的距离L2及A到C、B到D的时间t1和t2，测出两滑块的质量，就可以用mA11Lt=mB22Lt验证动量是否守恒。（1）实验中还应测量的物理量为B的右端至挡板D的距离，符号为L2。（2）验证动量守恒定律的表达式是mA11Lt=mB22Lt。产生误差的原因：①L1、L2、t1、t2、mA、mB的数据测量误差；②没有考虑弹簧推动滑块的加速过程；③滑块并不是做标准的匀速直线运动，滑块与导轨间有少许摩擦力；④气垫导轨不完全水平。6．用如图所示装置通过半径相同的A、B两球（质量分别为mA、mB）的碰撞来验证动量守恒定律。实验时先使A球从斜槽上某一固定位置G由静止开始滚下。落到位于水平地面的记录纸上，留下痕迹。重复上述操作10次，得到10个落点痕迹。再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让A球仍从位置G由静止开始滚下，和B球碰撞后，A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹。重复这种操作10次，得到如图所示的三个落点。用刻度尺分别测量三个落点的平均位置离O点的距离，即线段OM、OP、ON的长度。（1）两小球的质量关系应为mA___________mB?（选填大于”“小于”或“等于”）（2）碰撞过程中动量守恒，则由图可以判断出N是_____球的落点，P是_____球的落点。（3）用题中的字母写出动量守恒定律的表达式__________。【答案】（1）大于（2）BA（3）AABmOPmOMmON7．如图1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：先安装好实验装置，在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸，记下重垂线所指的位置O。接下来的实验步骤如下：步骤1：不放小球2，让小球1从斜槽上A点由静止滚下，并落在地面上。重复多次，用尽可能小的圆，把小球的所有落点圈在里面，其圆心就是小球落点的平均位置；步骤2：把小球2放在斜槽前端边缘位置B，让小球1从A点由静止滚下，使它们碰撞，重复多次，并使用与步骤1同样的方法分别标出碰撞后两小球落点的平均位置；步骤3：用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置M、P、N离O点的距离，即线段OM、OP、ON的长度。（1）对于上述实验操作，下列说法正确的是________。A．应使小球每次从斜槽上相同的位置自由滚下B．斜槽轨道必须光滑C．斜槽轨道末端必须水平D．小球1质量应大于小球2的质量（2）上述实验除需测量线段OM、OP、ON的长度外，还需要测量的物理量有________。A．A、B两点间的高度差h1B．B点离地面的高度h2C．小球1和小球2的质量m1、m2D．小球1和小球2的半径r（3）当所测物理量满足表达式____