高考物理练习一轮力学实验验证动量守恒定律.docx
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高考物理练习一轮力学实验验证动量守恒定律
2022高考一轮复习课时跟踪训练
力学实验：
验证动量守恒定律
一、单项选择（下列各题中四个选项中只有一个选项符合题意）
1．如图所示，M、N和P为“验证动量守恒定律”实验中小球的落点。
已知入射球质量为m1，被碰球质量为m2，如果碰撞中动量守恒，则有（ ）
A．m1·（
-
）=m2·
B．m1·（
-
）=m2·
C．m1·（
＋
）=m2·
D．m1·
=m2·（
＋
）
2．某中学实验小组的同学在“探究碰撞中的不变量”时，利用了如图所示的实验装置进行探究，下列说法正确的是（ ）
A．要求斜槽一定是光滑
B．斜槽的末端必须水平
C．入射球每次释放点的高度可以任意调
D．入射球的质量必须与被碰球的质量相等
3．在做探究碰撞中的不变量实验时，入射球a的质量为m1，被碰球b的质量为m2，小球的半径为r，各小球的落地点如图所示，下列关于这个实验的说法正确的是（ ）
A．入射球与被碰球最好采用大小相同、质量相等的小球
B．让入射球与被碰球连续10次相碰，每次都要使入射小球从斜槽上不同的位置滚下
C．要验证的表达式是
D．要验证的表达式是
4．采用如图所示的实验装置进行验证动量守恒定律（图中小球半径相同、质量均已知，且mA>mB），下列说法正确的是（ ）
A．实验中要求轨道末端必须保持水平
B．实验中要求轨道必须光滑
C．验证动量守恒定律，需测量OB、OM、OP和ON的距离
D．测量时发现N点偏离OMP这条直线，直接测量ON距离不影响实验结果
5．将验证动量守恒定律的实验装置搬到竖直墙壁的附近，调整仪器，使球A从斜轨上由静止释放，并在水平轨道末端与球B发生正碰后，两球都能打在墙上。
已知A、B两球半径相同，A球的质量大于B球的质量，则下列说法正确的是
A．此装置无法验证动量守恒定律
B．碰撞后瞬间，A球的速度大于B球的速度
C．碰撞后，A、B两球同时打到墙上
D．碰撞后，A球在墙上的落点在B球落点的下方
二、多项选择（下列各题中四个选项中有多个选项符合题意）
6．下列关于“探究碰撞中的不变量”实验叙述中正确的是（ ）
A．实验中探究不变量的对象是相互碰撞的两个物体组成的系统
B．实验对象在碰撞过程中存在内部相互作用的力，但外界对实验对象的合力为零
C．物体的碰撞过程，就是机械能的传递过程，可见，碰撞过程中的不变量就是机械能
D．利用气垫导轨探究碰撞中的不变量，导轨必须保持水平状态
E.两个物体碰撞前要沿同一直线，碰撞后可不沿同一直线运动
7．在“探究碰撞中的不变量”时，用如图所示的装置进行实验，下列说法中正确的是（ ）
A．悬挂两球的细绳长度要适当，且等长
B．由静止释放小球以便较准确地计算小球碰前的速度
C．两小球必须都是刚性球，且质量相同
D．两小球碰后可以合在一起共同运动
8．对于实验最终的结论m1v1＋m2v2=m1v1′＋m2v2′，下列说法正确的是（ ）
A．仅限于一维碰撞
B．任何情况下
也一定成立
C．式中的v1、v2、v1′、v2′都是速度的大小
D．式中的不变量是m1和m2组成的系统的质量与速度乘积之和
9．“验证动量守恒定律”的实验装置可采用图甲或图乙的方法，两个实验装置的区别在于：
①悬挂重垂线的位置不同；②图甲中设计有一个支柱（通过调整，可使两球的球心在同一水平线上，上面的小球被碰撞离开后，支柱立即倒下），图乙中没有支柱，图甲中的入射小球A和被碰小球B做平抛运动的抛出点分别在通过O、O′点的竖直线上，重垂线只确定了O点的位置。
（球A的质量为m1，球B的质量为m2）比较这两个实验装置，下列说法正确的是（ ）
A．采用图甲的实验装置时，需要测出两小球的直径
B．采用图乙的实验装置时，需要测出两小球的直径
C．采用图乙的实验装置时，斜槽轨道末端的切线要求水平，而采用图甲的实验装置时则不需要
D．为了减小误差，无论哪个图，都要求入射球每次都要从同一高度由静止滚下
10．某同学用如图甲所示的装置来探究碰撞中的守恒量，图中PQ是斜槽，QR为水平槽，图乙是多次实验中某球落到位于水平地面记录纸上得到的10个落点痕迹，有关该实验的一些说法，不正确的有（）
A．入射球和被碰球必须是弹性好的，且要求两球的质量相等，大小相同
B．被碰球静止放在槽口，入射球必须每次从轨道的同一位置由静止释放
C．小球碰撞前后的速度不易测量，所以通过测量小球平抛运动的射程间接地解决
D．由图乙可测出碰撞后某球的水平射程为58.5cm（或取58.2～58.8cm之间某值）
三、实验探究题
11．某同学设计了如图装置来验证碰撞过程遵循动量守恒。
在离地面高度为h的光滑水平桌面上，放置两个小球a和b。
其中，b与轻弹簧紧挨着但不栓接，弹簧左侧固定，自由长度时离桌面右边缘足够远，起初弹簧被压缩一定长度并锁定。
a放置于桌面边缘，球心在地面上的投影点为O点。
实验时，先将a球移开，弹簧解除锁定，b沿桌面运动后水平飞出。
再将a放置于桌面边缘，弹簧重新锁定。
解除锁定后，b球与a球发生碰撞后，均向前水平飞出。
重复实验10次。
实验中，小球落点记为A、B、C。
（1）读出下面图中游标卡尺测量a小球的直径，读数为________cm。
（2）若a球质量为ma，半径为ra；b球质量为mb，半径为rb。
b球与a球发生碰撞后，均向前水平飞出，则______。
A．maB．maC．ma>mb，ra=rb
D．ma>mb，ra>rb
（3）为了验证动量守恒，本实验中必须测量的物理量有____。
A．小球a的质量ma和小球b的质量mb
B．小球飞出的水平距离OA、OB、OC
C．桌面离地面的高度h
D．小球飞行的时间
（4）在实验误差允许的范围内，当所测物理量满足表达式：
______，即说明碰撞过程遵循动量守恒。
（用题中已测量的物理量表示）
（5）该同学还想探究弹簧锁定时具有的弹性势能，他测量了桌面离地面的高度h，该地的重力加速度为g，则弹簧锁定时具有的弹性势能Ep为_______。
（用题中已测量的物理量表示）
12．用图甲所示装置验证动量守恒定律，在长木板右端下面垫放小木片，补偿阻力。
小车P的前端粘有橡皮泥，后端连着纸带。
接通电源，轻推小车P使之运动，小车P运动一段时间后，与原来静止的小车Q相碰，并粘合在一起继续运动。
（已知打点计时器电源频率为50Hz）
（1）两车碰撞前后打出的纸带如图乙所示。
测得小车P的质量（包含橡皮泥）mP=0.40kg，小车Q的质量mQ=0.10kg，由以上数据求得碰前系统总动量为___________kg·m/s，碰后系统总动量为___________kg·m/s。
（均保留两位有效数字）
（2）实验结论：
___________。
13．某兴趣小组利用图示装置研究弹性碰撞。
该装置由倾斜轨道AB、平直轨道CD与斜面EF连接而成，其中B、C之间通过光滑小圆弧（图中未画出）连接，小球通过B、C前后速率不变。
实验时，先把CD段调成水平再把质量为m2的小球2放在平直轨道CD上，然后把质量为m1的小球1从倾斜轨道AB上的P点由静止释放，球1与球2发生正碰后，球2向前运动，经D点平抛后落到斜面上的Q点（图中未画出），球1反弹，最高上升到倾斜轨道AB上的P′点（图中未画出）该小组测出P点到CD的高度为h，P′点到CD的高度为
，EQ=
，θ=30°，球1与球2大小相等。
（1）本实验中，m1___________m2（选填“>”“<”或“=”）；轨道AB、CD___________光滑（选填“需要”或“不需要”）。
（2）若重力加速度为g，取向右为正方向，碰撞后瞬间小球1的速度为_____（用g、h、
表示）
（3）碰撞前后，若满足表达式______，则可验证碰撞中两球组成系统的动量守恒。
（用m1、m2、h、
表示）
（4）碰撞前后，若满足
=_________h，则可验证该碰撞为弹性碰撞。
14．如图所示为“验证碰撞中的动量守恒”实验装置示意图。
已知小球1和小球2的质量分别为
，小球的半径为均为r。
（1）实验中应满足的条件有______。
A．轨道末端水平
B．轨道表面必须光滑
C．两小球质量关系必须满足m1>m2
（2）继续实验步骤如下，其步骤中有错误的或者不完善的有______。
A．在地面上依次铺白纸和复写纸
B．确定重锤对应点O
C．不放球2，让球1从斜槽某一位置无初速度滑下，确定它的落地点位置
D．把2球放在立柱上，让球1从斜槽无初速度滑下，与球2正碰后，确定球1和球2落地点位置
和
E．用刻度尺量出
、
、
的长度
F．看
与
是否相等，以验证动量守恒。
（3）碰撞恢复系数的定义为
，其中v10和v20分别是碰撞前两小球的速度，v1和v2分别是碰撞后两小球的速度，该实验小球碰撞恢复系数的表达式为e=______（用题目中字母表达），若测得e=______，可以判定小球的碰撞为弹性碰撞。
15．某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞中的不变量的实验：
将打点计时器固定在光滑的长木板的一端，把纸带穿过打点计时器，连在小车A的后面。
让小车A运动，小车B静止。
在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥，如图1，碰撞时撞针插入橡皮泥把两小车粘合成一体。
他在安装好实验装置后，先接通电源然后轻推小车A，使A获得一定的速度，电磁打点计时器在纸带上打下一系列的点，已知电源频率为50Hz。
（1）实验中打出的纸带如图2所示，并测得各计数点间距标在图上，则应选___________段计算A的碰前速度；应选___________段计算A和B碰后的共同速度（选填：
“BC”“CD”或“DE”）。
（2）已测得小车A的质量m1=0.20kg，小车B的质量m2=0.10kg，由以上测量结果可得：
碰前m1v1=___________kg·m/s；碰后（m1＋m2）v2=___________kg·m/s。
（计算结果保留两位有效数字）
（3）由以上实验结果，可知在误差允许的范围内，AB碰撞过程中___________不变。
16．利用“类牛顿摆”验证碰撞过程中的动量守恒定律。
实验器材：
两个半径相同的球1和球2，细线若干，坐标纸，刻度尺。
实验步骤：
（1）测量小球1、2的质量分别为m1、m2，将小球各用两细线悬挂于水平支架上，各悬点位于同一水平面，如图甲；
（2）将坐标纸竖直固定在一个水平支架上，使坐标纸与小球运动平面平行且尽量靠近。
坐标纸每一小格是边长为d的正方形。
将小球1拉至某一位置A，由静止释放，垂直坐标纸方向用手机高速连拍；
（3）分析连拍照片得出，球1从A点由静止释放，在最低点与球2发生水平方向的正碰，球1反弹后到达最高位置为B，球2向左摆动的最高位置为C，如图乙。
已知重力加速度为g，碰前球1的动量大小为___________。
若满足关系式___________，则验证碰撞中动量守恒；
（4）与用一根细线悬挂小球相比，本实验采用双线摆的优点是：
___________；
（5）球1在最低点与静止的球2水平正碰后，球1向右反弹摆动，球2向左摆动。
若为弹性碰撞，则可判断球1的质量___________球2的质量（填写“大于”、“等于”或“小于”）；若为非弹性碰撞，则___________（填“能”或“不能”）比较两球质量大小？
17．小明同学利用如图所示装置验证动量守恒定律。
实验步骤如下：
①将光电门1、2分别固定在气垫导轨左右两侧，打开电源，调节气垫导轨水平；
②将两个宽度均为d（已知）的挡光片分别安装在甲、乙两滑块上；
③把两个滑块用细线连接，中间夹一被压缩的弹簧；
④烧断细线，观察两滑块的运动情况；
⑤当滑块上的挡光片经过光电门时，分别用光电计时器测得光线被甲、乙两挡光片遮住的时间t1、t2；
⑥分别求出相互作用前后的总动量，进行比较。
根据实验步骤，回答下列问题：
（1）为了完成实验，还需要的测量工具有___________（填选项前的字母代号）
A．毫米刻度尺B．游标卡尺C．天平D．秒表
（2）写出还需要测量的物理量和符号___________；
（3）实验所要验证的表达式为___________。
（用已知量及所测得物理量表示）
18．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，左侧与穿过打点计时器的纸带相连；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
，滑块B质量
，遮光片宽度
；打点计时器所用的交流电的频率为
。
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
，碰撞前后打出的纸带如图（b）所示。
（1）碰撞后A的动量为___________
；
（2）撞后A、B组成的系统总动量为___________
；（以上结果均保留两位小数）
（3）在误差允许范围内A、B组成的系统动量是否守恒？
___________（填“是”或“否”）
19．如图所示的装置是“冲击摆”，摆锤的质量很大，子弹以初速度
从水平方向射入摆中并留在其中，随摆锤一起摆动。
（1）子弹射入摆锤后，要得到子弹和摆锤一起运动的初速度
，需要测量的物理量有__________。
A．子弹的质量
B．摆锤的质量
C．冲击摆的摆长
D．摆锤摆动时摆线的最大摆角
（2）用问题
（1）中测量的物理量，应用所学的物理知识可以得出子弹和摆锤一起运动的初速度
__________；
（3）通过表达式____________，即可验证子弹与摆锤作用过程中的不变量（用已知量和测量量的符号
、
、
、
表示）。
20．某同学设计了一个用打点计时器验证动量守恒定律的实验。
两个完全相同的小车
、B，由于车内固定有不同槽码而质量不同。
现在在小车
的前端粘有橡皮泥，推动小车
使之做匀速运动，然后与原来静止在正前方的小车B相碰并粘在一起，装置如图（a）所示，在小车
的后面连着纸带，打点计时器所接电源频率为
，长木板下垫着的小木块已平衡摩擦力。
（1）
、B相碰后粘在一起______下滑（选填“匀速”“加速”“减速”）
（2）若打出的纸带如图（b）所示，并测得相邻两计数点的间距（已标在图上），A点为运动的起点，则应选______段来计算小车
碰撞前的速度，应选______段来计算小车
和B碰后的共同速度。
（以上两空选填“
”“
”“
”或“
”）
（3）若已知小车
（包括橡皮泥、槽码）的总质量
，小车B（含槽码）的总质量
，由图（b）计算得，碰前两小车的总动量大小为______
，碰后两小车的总动量大小为______
。
（计算结果均保留三位有效数字）
（4）如果把（3）中的计算结果保留两位有效数字，并修正了小车的速度，则
和B碰撞中损失的机械能为_____
。
（计算结果保留三位有效数字）
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