人教版选择性必修第一册第一章动量守恒定律4实验验证动量守恒定律拔高练习.docx

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人教版选择性必修第一册第一章动量守恒定律4实验验证动量守恒定律拔高练习

2019人教版选择性必修第一册第一章动量守恒定律4实验：

验证动量守恒定律拔高练习

学校:

___________姓名：

___________班级：

___________考号：

___________

1．某同学利用打点计时器和气垫导轨做验证动量守恒定律的实验．气垫导轨装置如图甲所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成．在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔，向导轨空腔内不断通入的压缩空气会从小孔中喷出，使滑块稳定地漂浮在导轨上，这样就大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差．

（1）下面是实验的主要步骤：

①安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；

②向气垫导轨通入压缩空气；

③把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧，将纸带穿过打点计时器并固定在滑块1的左端，调节打点计时器的高度，直至滑块拖着纸带移动时，纸带始终在水平方向；

④使滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；

⑤把滑块2放在气垫导轨的中间；

⑥先__________________（选填“接通电源再释放滑块1”或“释放滑块1再接通电源”），让滑块带动纸带一起运动；

⑦取下纸带，重复步骤④⑤⑥，选出理想的纸带如图乙所示；

⑧测得滑块1（包括撞针）的质量310g，滑块2（包括橡皮泥）的质量为210g．

（2）纸带的________（选填“左”或“右”）侧和滑块1相连．

（3）已知打点计时器每隔0.02s打一个点，计算可知两滑块相互作用以前系统的总动量为_________kg·m/s；两滑块相互作用以后系统的总动量为_________kg·m/s（结果均保留三位有效数字）．

（4）试说明（3）中两结果不完全相等的主要原因可能是____________________．

2．利用气垫导轨上两滑块的碰撞来验证动量守恒定律．某次实验通过闪光照相的方法得到的照片如图所示．拍摄共进行了5次，前2次是在两滑块相撞之前，以后的3次是在碰撞之后．已知A、B两滑块的质量为m1=1kg、m2=1.5kg，A滑块原来处于静止状态，A、B滑块在拍摄闪光照片的这段时间内是在0至150cm这段范围内运动（以滑块上的箭头位置为准），若A、B两滑块的碰撞时间及闪光持续的时间极短，均可忽略不计．试根据闪光照片（闪光时间间隔为0.2s）分析得出：

（1）碰撞发生位置在刻度尺______cm刻度处．

（2）选取水平向右为正方向，则两滑块碰撞前：

A的动量为______kg•m/s，B的动量为______kg•m/s．两滑块碰撞后：

A的动量为______kg•m/s，B的动量为______kg•m/s．

（3）比较A、B碰撞前后的动量之和，得出的实验结论是______．

3．气垫导轨工作时，可忽略滑块与导轨表面间的阻力影响，现借助其验证动量守恒定律，如图所示，在水平气垫导轨上放置质量均为m的A、B（图中未标出）两滑块，左侧滑块的左端、右侧滑块的右端分别与一条穿过打点计时器的纸带相连，打点计时器电源的频率为f.气垫导轨正常工作后，接通两个打点计时器的电源，待打点稳定后让两滑块以大小不同的速度相向运动，两滑块相碰后粘在一起继续运动．如图所示的甲和乙为某次实验打出的、分别与两个滑块相连的两条纸带，在纸带上以同间距的6个连续打点为一段划分纸带，用刻度尺分别测出其长度为s1、s2和s3.

（1）若碰前滑块A的速度大于滑块B的速度，则滑块__（选填“A”或“B”）是与纸带甲的___（选填“左”或“右”）端相连．

（2）碰撞前A、B两滑块的动量大小分别为___、___，实验需要验证是否成立的表达式为__________（用题目所给的已知量表示）．

4．某同学用如图所示装置来验证动量守恒定律，相应的操作步骤如下：

A．将斜槽固定在桌面上，使斜槽末端保持水平，并用“悬挂重锤”的方法在水平地面上标定斜槽末端正下方的O点．

B．取入射小球a，使之自斜槽上某点静止释放，并记下小球a的落地点P1；

C．取被碰小球b，使之静止于斜槽末端，然后让小球a自斜槽上同一点由静止释放，运动至斜槽末端与小球b发生碰撞，并记下小球a的落地点M和小球b的落地点N；

D．测量有关物理量，并利用所测出的物理量做相应的计算，以验证a、b两小球在碰撞过程中所遵从的动量守恒定律．

（1）在下列给出的物理量中，本实验必须测量的有________（填写选项的序号）．

①小球a的质量m1和小球b的质量m2；

②小球a在斜槽上的释放点距斜槽末端的竖直高度h；

③斜槽末端距水平地面的竖直高度H；

④斜槽末端正下方的O点距两小球落地点P、M、N的水平距离OP、OM、ON；

⑤小球a自斜槽上某点处由静止释放直至离开斜槽末端所经历的时间t0；

⑥小球a、b自离开斜槽末端直至落地经历的时间t．

（2）步骤C和步骤B中小球a的释放点相同的原因__；步骤B和步骤C中选取入射小球a的质量m1和被碰小球b的质量m2间的关系应该为m1___________m2（填“＞”或“＜”）．

（3）实验中所测量的物理量之间满足关系式___________，就可证实两小球在碰撞过程中遵从动量守恒定律．

5．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：

（1）若入射小球质量为m1，半径为r1；被碰小球质量为m2，半径为r2，则（_____）

A．m1＞m2，r1＞r2B．m1＞m2，r1＜r2

C．m1＞m2，r1＝r2D．m1＜m2，r1＝r2

（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必需的是_______、_____．

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m1，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）

6．某同学用图甲所示的装置验证动量守恒定律．图中AB为斜槽，BC为水平槽．

（1）下列说法正确的是_______．

A．该实验要求入射小球的质量应大于被碰小球的质量

B．该实验要求入射小球和被碰小球必须是金属材质

C．该实验通过测量入射小球从斜槽上由静止释放的高度h得到小球碰撞前的速度

D．该实验通过测量小球做平抛运动的竖直位移间接得到小球碰撞前后的速度

（2）实验时先使入射小球从斜槽上某一固定位置S多次由静止释放，落到位于水平地面的记录纸上并留下痕迹，从而确定P点的位置；再把被碰小球放在水平槽末端，让入射小球仍从位置S多次由静止释放，跟被碰小球碰撞后，两球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹，从而确定M、N点的位置．实验中，确定P点位置时多次落点的痕迹如图乙所示，刻度尺的零刻线与O点对齐，则OP=_______cm．

（3）该实验若要验证两小球碰撞前后的动量是否守恒，需要分别测量记录纸上M点距O点的距离LOM、P点距O点的距离LOP、N点距O点的距离LON．除此之外，还需要测量的物理量是_________，需要验证的关系式为___________（其中涉及需要测量的物理量请用自己设定的字母表示）．

7．某小组用实验验证物体间相互作用时动量守恒，如图，在水平桌面上固定一与桌面等宽的光滑凹槽导轨（导轨截面如图所示），把两个质量不等的小球A、B置于导轨上，用两小球夹住一轻弹簧，并使轻弹簧处于压缩状态，同时由静止释放两个小球，小球最后落在铺有复写纸、白纸的水平地面上．试完成下列填空：

（1）本实验中需要的测量仪器有__________．

A．天平B．秒表

C．毫米刻度尺D．打点计时器

（2）为使小球水平抛出，实验前需要使导轨水平，利用现有器材如何判断导轨是否水平？

____________________________________________________________________________________

（3）小明同学在某次实验操作中分别测出A、B两小球离开导轨水平射程xA=12.00cm、xB=18.00cm，若已知A球质量mA=0.03kg，则mB=________kg，即可认为验证了动量守恒．

（4）若只改用劲度系数更大的轻弹簧重复上述实验，则A、B两小球水平射程xA与xB的比值将__________（选填“变大”“变小”或“不变”）．

8．某同学用如图甲所示的装置来验证动量守恒定律，该装置由水平长木板及固定在木板一端的硬币发射器组成，硬币发射器包括支架、弹片及弹片释放装置，释放弹片可将硬币以某一初速度弹出．已知一元硬币和五角硬币与长木板间动摩擦因数相同，主要实验步骤如下：

①将一元硬币置于发射槽口，释放弹片将硬币发射出去，硬币沿着长木板中心线运动，在长木板中心线的适当位置取一点O，测出硬币停止滑动时硬币右侧到O点的距离．再从同一位置释放弹片将硬币发射出去，重复多次，取该距离的平均值记为x1，如图乙所示；

②将五角硬币放在长木板上，使其左侧位于O点，并使其直径与中心线重合，按步骤①从同一位置释放弹片，重新弹射一元硬币，使两硬币对心正碰，重复多次，分别测出两硬币碰后停止滑行时距O点距离的平均值x2和x3，如图丙所示．

（1）为完成该实验，除长木板，硬币发射器，一元及五角硬币，刻度尺外，还需要的器材为_________．

（2）实验中还需要测量的物理量为______________．验证动量守恒定律的表达式为_________________（用测量物理量对应的字母表示）．

9．某同学用如图装置来验证动量守恒定律，实验步骤如下：

①将白纸、复写纸固定在竖直放置的木条上,用来记录球与木条的撞击点；

②将木条竖直立在于固定末端右侧并与轨道接触,只让钢球A从斜轨上滚下,记下钢球A在木条上的撞击点

；

③将木条平移到图中所示位置,轨道末端不放钢球B,让钢球A从斜轨上某位置由静止释放,重复10次,得到钢球A在木条上的撞击点的平均位置

；

④在轨道末端放上钢球B,仍将钢球A从斜轨上由同一位置静止释放与钢球B相撞,重复10次,得到钢球A和钢球B在木条上的撞击点的平均位置

和

；

图中h1、h2、h3分别表示

与

、

的高度差.

（1）另一名同学认为可以采用两个体积大小不同的钢球,这样对吗?

_________（选填“对”或“不对”）;

（2）对实验过程中的要求,下列说法正确的有_________;（填字母序号即可）

A．轨道必须光滑B．钢球A的质量应当比钢球B大

C．轨道末端的切线必须水平D．步骤③④中,钢球A每次可以从斜轨的不同位置释放

（3）实验中除需测量h1、h2、h3外,还需要测量的物理量是_________（填字母序号即可）

A．钢球A释放点到轨道末端的竖直高度hB．钢球A和钢球B的质量mA、mB

C．轨道末端到木板的水平距离x

（4）若所测量物理量满足表达式_______________（用实验中所需测量的物理量符号表示）,则说明两钢球碰撞过程中动量守恒.

10．像打点计时器一样，光电计时器也是一种研究物体运动情况的常用计时仪器，其结构如图1所示，a、b分别是光电门的激光发射和接收装置，当有物体从a、b间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间．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．

我们可以用带光电门E、F的气垫导轨以及滑块A和B来验证动量守恒定律，实验装置如图2所示，采用的实验步骤如下：

①a.用天平分别测出滑块A、B的质量mA、mB．

b.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.用游标卡尺测量小滑块的宽度d，卡尺示数如图3所示．读出滑块的宽度d＝__________cm．

e.按下电钮放开卡销，光电门E、F各自连接的计时器显示的挡光时间分别为

s和

s．滑块通过光电门E的速度v1=______m/s，滑块通过光电门F的速度；v2=______m/s

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____________________．

参考答案

1．按通电源再释放滑块1右0.6200.614纸带与打点计时器限位孔之间有摩擦力的作用

【解析】

【分析】

【详解】

（1）⑥[1]使用打点计时器时，为了减小误差尽量多的利用纸带，要接通电源再释放滑块1；

（2）[2]放开滑块1后，滑块1做匀速运动，跟滑块2发生碰撞后跟2一起做匀速运动，碰撞前的速度大于碰撞后的速度，故纸带的右侧与滑块相连；

（3）[3][4]放开滑块1后，滑块1做匀速运动，跟滑块2发生碰撞后跟2一起做匀速运动，根据纸带的数据得：

碰撞前滑块1的动量为：

滑块2的动量为零，所以碰撞前的总动量为0.620kg•m/s，碰撞后滑块1、2速度相等，所以碰撞后总动量为：

（4）[5]结果不完全相等是因为纸带与打点计时器限位孔有摩擦力的作用．

2．50-7003.01.51.5A、B系统动量守恒

【解析】

【分析】

【详解】

（1）[1]由图可知：

碰撞发生在50cm-70cm之间．

（2）[2][3][4][5]由题意可知，A滑块碰前速度：

vA=0

碰后速度：

所以两滑块碰撞前的动量：

PA=0

PB=m2vB=3.0kg•m/s

两滑块碰撞后的动量为：

PA′=m1vA′=1.5kg•m/s

PB′=m2vB′=1.5kg•m/s

（3）[6]碰撞前的动量：

p=PB=3.0kg•m/s

碰撞后的动量：

p′=PA′+PB′=3.0kg•m/s

故A、B系统动量守恒．

3．A左0.2mfs10.2mfs30.2mf（s1－s3）＝0.4mfs2

【解析】

【分析】

【详解】

（1）[1][2]因碰前A的速度大于B的速度，A、B的速度相反，且碰后速度相同，故根据动量守恒定律可知，图中s1和s3是两滑块相碰前打出的纸带，s2是相碰后打出的纸带，所以滑块A应与甲纸带的左侧相连．

（2）[3][4][5]碰撞前两滑块的速度分别为：

v1＝

＝

＝0.2s1f

v2＝

＝0.2s3f

碰撞后两滑块的共同速度：

v＝

＝0.2s2f

所以碰前两滑块动量分别为：

p1＝mv1＝0.2mfs1，p2＝mv2＝0.2mfs3

总动量为：

p＝p1－p2＝0.2mf（s1－s3）

碰后总动量为

p′＝2mv＝0.4mfs2

要验证动量守恒定律，则一定有：

0.2mf（s1－s3）＝0.4mfs2

4．①④保证小球做平抛运动的初速度相等＞m1OP=m1OM+m2ON．

【解析】

【分析】

【详解】

（1）[1]小球离开轨道后做平抛运动，由于抛出点的高度相等，它们在空中的运动时间

相等，如果碰撞过程动量守恒，则：

，两边同时乘以

，则：

，即

，故实验需要测量小球的质量、小球的水平位移，故选①④；

（2）[2]为保证小球做平抛运动的初速度相等，每次实验时小球a应从同一位置由静止释放；

[3]为防止两球碰撞后入射球反弹，入射球的质量应大于被碰球的质量，即：

；

（3）[4]由

（1）可知，实验需要验证的表达式为：

．

5．CAC

．

【解析】

【分析】

【详解】

（1）[1]．要使两球发生对心正碰，两球半径应相等，为防止入射球碰撞后反弹，入射球的质量应大于被碰球的质量，即m1＞m2，r1＝r2，故选C；

（2）[2][3]．验证碰撞过程动量守恒定律，需要测出两球的质量，两球做平抛运动的水平位移，因此需要的测量工具为：

天平与直尺，故选AC．

（3）[4]．两球碰撞后做平抛运动，它们抛出点的高度相等，在空中的运动时间t相等，碰撞过程动量守恒，则

两边同时乘以时间t得：

则

6．A39.80cm两球的质量m1LOP=m1LOM+m2LON

【解析】

【分析】

【详解】

（1）[1]AB．要使两球发生对心正碰，两球半径应相等，为防止入射球碰撞后反弹，入射小球的质量应大于被碰小球的质量，而对小球的材质无要求，故A正确，B错误；

C．入射小球从静止下落过程中会受到回到对其的摩擦力作用，由于摩擦力做功未知，所以不能通过测量入射小球从斜槽上由静止释放的高度h得到小球碰撞前的速度，故C错误；

D．两球碰撞后均做平抛运动，平抛的初速度为

竖直高度相同，则下落时间相等，故只需要测量平抛的水平位移而不需要测量竖直高度；故D错误．

（2）[2]为保证减小实验误差，则应读轨迹中心到O点的距离即为OP的长度，毫米刻度尺的最小分度是毫米，估读到0.1mm，所以OP=39.80cm.

（3）[3][4]据平抛运动可知，落地高度相同，则运动时间相同，设落地时间为t，则：

令入射小球的质量为m1和被碰小球的质量m2，

根据动量守恒定律有：

m1v0=m1v1+m2v2

可得验证的表达式为：

m1LOP=m1LOM+m2LON

还需要测量的物理量是两球的质量.

7．AC将小球轻放在导轨上，小球保持静止0.02不变

【解析】

【分析】

【详解】

（1）[1].取小球A的初速度方向为正方向，两小球质量和平抛初速度分别为mA﹑mB、vA、vB，平抛运动的水平位移分别为xA、xB，平抛运动的时间为t．

需要验证的方程：

0=mAvA―mBvB

又

，

，

代入得到：

mAxA=mBxB

故需要测量两小球的质量mA和mB，两小球落地点到桌面边缘的水平距离xA和xB，所以需要的器材为刻度尺、天平．故选AC．

（2）[2].将小球放在桌面边缘，只要小球能保持静止，不再滚动，即说明桌面水平．

（3）[3].根据

（1）的公式可知mAxA=mBxB，代入数据可得：

mB=0.02kg．

（4）[4].根据公式mAxA=mBxB可知，改变弹簧进行实验，得出的水平距离与质量成反比，故比值不变．

8．天平一元硬币的质量为m1，五角硬币的质量为m2

【解析】

【分析】

【详解】

（1）[1]动量为质量和速度的乘积，该实验要验证质量不等的两物体碰撞过程中动量守恒，需测量两物体的质量和碰撞前后的速度，因此除给定的器材外，还需要的器材为天平．

（2）[2][3]测出一元硬币的质量为m1，五角硬币的质量为m2，一元硬币以速度v1被弹射出去后，由动能定理可得

解得

，当一元硬币以速度v1与五角硬币碰撞后，速度分别为v2、v3，由动能定理可得

解得一元硬币碰后速度

，五角硬币碰后的速度为

，若碰撞过程动量守恒则需满足

，代入数据可得

9．不对BCB

【解析】

【分析】

【详解】

（1）[1].体积相同的两个钢球相碰才能保证正碰，故不对；

（2）[2].AD、为了保证钢球A滑到底端的速度相等，只需将钢球每次从斜槽的同一位置由静止释放即可，不需要光滑，故AD错误.

B、两球发生碰撞后速度方向均向前，则A的质量必须大于B的质量，故B正确（因为钢球之间接近弹性碰撞）.

C、为了保证钢球射出的初速度水平，斜槽末端必须水平，这样随后才能按照平抛规律处理数据，若变成斜抛，数据无法处理，故C正确．

（3、4）[3][4].钢球A不与B碰撞，撞在P'点，与钢球B碰撞后，A撞在M点，B撞在N'点，平抛运动的时间分别为

；

；

则

；

；

当

，

即

，

两球碰撞过程中动量守恒.

可知实验中除需测量h1、h2、h3外，还需要测量的物理量有钢球A和B的质量mA、mB，故选B.

10．①1.0152.03,2.99②mAv1=mBv2

【解析】

【分析】

【详解】

①.d、[1].滑块的宽度应该是主尺的示数1cm与副尺的示数的和，而副尺共有20个小格，即精确到0.05mm，由于第三个小格与主尺刻度线对齐，故读数为0.05mm×3=0.15mm，所以滑块的宽度为d=1cm+0.15mm=1cm+0.015cm=1.015cm;

e、[2][3].滑块通过光电门E的速度

滑块通过光电门F的速度

②[4].由于系统水平方向所受合外力为0，故系统水平方向动量守恒，在释放前系统的动量为0，故在释放后系统的动量仍然为0，则有

mAv1+mB（-v2）=0，

即

mAv1=mBv2．