人教版 (2019)选择性必修 第一册4 实验：验证动量守恒定律当堂达标检测题

1.4实验：验证动量守恒定律专题复习2021—2022学年高中物理人教版（2019）选择性必修第一册

一、选择题（共15题）

1．用气垫导轨进行实验时,经常需要使导轨保持水平,检验气垫导轨是否水平的方法之一是,轻推一下滑块,使其先后滑过光电门1和光电门2,如图所示,其上的遮光条将光遮住,电子计时器可自动记录滑块先后经过光电门1、2时的遮光时间△t1和△t2,比较△t1和△t2即可判断导轨是否水平,为使这种检验更精准,正确的措施是

A．换用质量更大的滑块

B．换用宽度△x更小的遮光条

C．提高测量遮光条宽度△x的精确度

D．尽可能增大光电门1、2之间的距离L

2．在探究下列四个定律的实验中， 哪个定律不是直接通过控制变量法探究得出的（　　）

A．牛顿第二定律 B．电阻定律 C．欧姆定律 D．动量守恒定律

3．在验证碰撞中的动量守恒的实验中，关于入射小球在斜槽轨道上释放点的高低对实验影响，下列说法正确的是（　　）

A．释放点越低，小球受阻力越小，入射小球速度越小，误差越小

B．释放点越低，两球碰后水平位移越小，水平位移测量的相对误差越小，两球速度测量值越精确

C．释放点越高，两球相碰时，相互作用的内力越大，碰撞前后动量之差越小，误差越小

D．释放点越高，入射小球对被碰小球的作用力越大，支柱对被碰小球的阻力越小

4．在实验室里为了验证动量守恒定律，可以采用如图所示的装置，若入射小球质量为，半径为，被碰小球质量为，半径为，则（　　）

A．， B．，

C．， D．，

5．在用打点计时器做“探究碰撞中的不变量”实验时，下列哪些操作是正确的是（　　）

A．相互作用的两车上，一个装上撞针，一个装上橡皮泥，是为了改变两车的质量

B．相互作用的两车上，一个装上撞针，一个装上橡皮泥，是为了碰撞后粘在一起

C．释放小车时让小车紧靠打点计时器

D．先释放拖动纸带的小车，再接通打点计时器的电源

6．在做“验证动量守恒定律”的整个实验过程中，入射小球多次滚下都应从斜槽上的同一位置无初速度释放，这是为了（　　）

A．保证小球每次都水平地飞出槽口

B．保证小球每次都以相同速度飞出槽口

C．保证小球在空中飞行时间不变

D．保证小球每次都沿同一方向运动

7．在实验室里为了验证动量守恒定律，可以采用如图所示的装置。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>r2

B．m1>m2，r1<r2

C．m1>m2，r1=r2

D．m1<m2，r1=r2

8．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的且斜槽的末端必须水平

B．入射球每次释放点的高度可以任意调节

C．入射球和被碰球的直径必须相等

D．入射球的质量必须与被碰球的质量相等

9．在光滑的水平面上，质量为m的子弹以初速度v0射击质量为M的木块，最终子弹未能射穿木块，射入的深度为d，木块在加速运动中的位移为s。则以下说法正确的是（　　）

A．子弹动能的亏损小于系统动能的亏损

B．子弹动量变化量的大小大于木块动量变化量的大小

C．摩擦力对M做的功一定等于摩擦力对m做的功

D．位移s一定小于深度d

10．一质量为 200kg 的小船静止在平静的水面上，小船长度为 2m．质量为 50kg的小孩从船头走到船尾．若不考虑船运动过程中水对船的阻力，则人从船头走到船尾的过程中

A．人与船可以向相同方向运动

B．船的速率始终是人的速率的 4 倍

C．人对地发生的位移大小为 1.6m

D．船对地发生的位移大小为 1.6m

11．如图所示，A、B两个木块用轻弹簧相连接，它们静止在光滑水平面上，A和B的质量分别是和，一颗质量为m的子弹以速度水平射入木块A内没有穿出。则在以后的过程中弹簧弹性势能的最大值为（　　）

A． B． C． D．

12．在做“验证动量守恒定律”实验时，入射球a的质量为m1，被碰球b的质量为m2，各小球的落地点如图所示，关于这个实验，下列说法正确的是（　　）

A．入射球与被碰球最好采用大小相同、质量相等的小球

B．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m1·ON=m1·OM+m2·OP

D．要验证的表达式是m1·OP=m1·OM+m2·ON

13．在滑冰场上，甲、乙两小孩分别坐在滑冰板上，原来都静止不动，在相互猛推一下后分别向相反方向运动．假定两板与冰面间的动摩擦因数相同．已知甲在冰上滑行的距离比乙远这是由于(   )

A．在推的过程中，甲推乙的力小于乙推甲的力

B．分开时甲获得的动量大小大于乙的动量大小

C．在刚分开时，甲的初速度大于乙的初速度

D．在分开后，甲的加速度的大小小于乙的加速度的大小

14．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

15．如图为验证动量守恒实验装置图.先让入射球m1多次从斜轨上S位置静止释放，然后把被碰小球m2静止于轨道的水平部分，再将入射小球m1从斜轨上位置静止释放，与小球m2相撞，并多次重复.根据水平地面记录纸上落点痕迹的照片，估算小球m2与m1的质量之比（       ）

A．0.17 B．4.0 C．0.62 D．0.8

二、填空题（共4题）

16．一、实验原理

在一维碰撞中，测出相碰的两物体的质量m1、m2和碰撞前、后物体的速度v1、v2、v1′、v2′，算出碰撞前的动量p=___________及碰撞后的动量p′=___________，看碰撞前、后___________是否相等。

二、实验方案及实验过程

方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验

1.实验器材

气垫导轨、数字计时器、___________、滑块（两个）、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥。     

2.实验过程

（1）测质量：用天平测出滑块的质量。

（2）安装：正确安装好气垫导轨，如图所示。

（3）实验：接通电源，利用配套的光电计时装置测出两滑块各种情况下碰撞前后的___________。

（4）改变条件，重复实验：

①改变滑块的___________；

②改变滑块的初速度大小和方向。

（5）验证：一维碰撞中的___________。

3.数据处理

（1）滑块速度的测量：v=，式中Δx为滑块上挡光片的宽度（仪器说明书上给出，也可直接测量），Δt为数字计时器显示的滑块（挡光片）经过光电门的时间。

（2）验证的表达式：___________。   

方案二：利用斜槽滚球完成一维碰撞实验

1.实验器材

斜槽、小球（两个）、___________、复写纸、白纸、___________、铅垂线等。

2.实验过程

（1）测质量：用天平测出两小球的质量，并选定质量___________的小球为入射小球。

（2）安装：按照如图甲所示安装实验装置。调整固定斜槽使斜槽底端___________。

（3）铺纸：白纸在___________，复写纸在___________且在适当位置铺放好。记下铅垂线所指的位置O。   

（4）放球找点：不放被撞小球，每次让入射小球从斜槽上某___________高度处自由滚下，重复10次。用圆规画___________的圆把所有的小球落点圈在里面。圆心P就是小球落点的平均位置。

（5）碰撞找点：把被撞小球放在斜槽末端，每次让入射小球从斜槽同一高度（同步骤4中的高度）自由滚下，使它们发生碰撞，重复实验10次。用步骤4的方法，标出碰后入射小球落点的平均位置M和被撞小球落点的平均位置N，如图乙所示 。

（6）验证：连接ON，测量线段OP、OM、ON的长度。将测量数据填入表中，最后代入___________，看在误差允许的范围内是否成立。

（7）整理：将实验器材放回原处。

3.数据处理

验证的表达式：m1·OP=m1·OM＋m2·ON。

三、注意事项

1.前提条件：碰撞的两物体应保证“___________”和“正碰”。

2.方案提醒

（1）若利用气垫导轨进行验证，调整气垫导轨时，应确保导轨___________。

（2）若利用平抛运动规律进行验证：

①斜槽末端的切线必须___________；

②入射小球每次都必须从斜槽___________高度由___________释放；

③选质量___________的小球作为入射小球；

④实验过程中实验桌、斜槽、记录的白纸的位置要始终保持不变。

17．某同学把两块大小不同的木块用细线连接，中间夹一被压缩了的弹簧，如图所示，将这一系统置于光滑的水平桌面上，烧断细线，观察木块的运动情况，进行必要的测量，验证木块间相互作用时动量守恒．

（1）该同学还必须有的器材是___________．

（2）需要直接测量的物理是(写出相应的名称及符号)______．

（3）用所得数据验证动量守恒的关系式是___________．

（4）桌面左右两端间的距离，对实验结果的准确性_________(选填“有”或“无”)影响．

18．“探究碰撞中的不变量”的实验中，入射小球m1＝30g，原来静止的被碰小球m2＝20g，由实验测得它们在碰撞前后的x﹣t图像如图所示，由图可知，入射小球碰撞前的动量是_____________，入射小球碰撞后的动量是_____________，被碰小球碰撞后的动量是_____________，由此得出结论_____________。

19．某同学用如图所示的装置来“验证动量守恒定律”，在气垫导轨右端固定一弹簧，滑块b的右端有粘性强的物质。图中滑块a和挡光片的总质量为m1=0.310kg，滑块b的质量为m2=0.108kg，实验步骤如下：

①开动气泵，调节气垫导轨，轻推滑块，当滑块上的遮光片经过两个光电门的遮光时间_______时，可认为气垫导轨水平；

②将滑块b置于两光电门之间，将滑块a置于光电门1的右端，然后推动滑块a水平压缩弹簧，撤去外力后，滑块a在弹簧的作用下向左弹射出去，通过光电门1后继续向左滑动并与滑块b发生碰撞；

③两滑块碰撞后粘合在一起向左运动，并通过光电门2；

④实验后，分别记录下滑块a的挡光片通过光电门1的时间t1，两滑块一起运动时挡光片通过光电门2的时间t2。

（1）完成实验步骤①中所缺少的内容_____。

（2）设挡光片通过光电门的时间为△t，则滑块通过光电门的速度可表示为v=_________（用d、△t表示）。

（3）实验前测得挡光片的宽度d=1.00cm，实验中测得滑块a经过光电门1的速度为v1=2.00m/s，两滑块经过光电门2的时间t2=6.85ms，将两滑块和挡光片看成一个系统，则系统在两滑块相互作用前、后的总动量分别为p1=__________kg·m/s，p2=________kg·m/s（结果均保留3位小数）。实验允许的相对误差绝对值）最大为5%，本实验的相对误差为____________（结果保留2位有效数字）。

三、综合题（共4题）

20．用两个大小相同的小球在光滑水平上的正碰来“探究碰撞中的不变量”实验，入射小球m1 = 15g，原来静止的被碰小球m2 = 10g，由实验测得它们在碰撞前后的x – t 图象如图所示。

（1）求碰撞前、后系统的总动量p和p′；

（2）通过计算得到的实验结论是什么。

21．如图所示，间距为L、倾角为30°的光金属轨道固定放置，轨道平面内有三个紧挨在一起的边长为L的正方形区域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，Ⅰ内分布着垂直轨道平面向下的匀强磁场，Ⅲ内分布着垂直轨道平面向上的匀强磁场，Ⅱ区内无磁场。ab、cd两金属棒用长为L、不可伸长的绝缘细线相连，起初ab棒刚好在区域的外面，cd棒刚好在里面。现给ab棒一初速度2v0使两棒一起减速下行，经时间t0后，cd棒刚好离开区域Ⅰ的速度为v0，此时，细线突然断开，同时在ab棒上施加一沿轨道平面向下的外力F，使ab向下做加速度大小为0.5g的匀加速运动，当cd棒进入区域恰好匀速下行。已知ab、cd两棒的质量分别为2m、m，ab棒在轨道间的电阻是cd棒在轨道间电阻的两倍。两棒与轨道垂直且接触良好，两棒粗细不计，轨道足够长且电阻不计，重力加速度为g，空气阻力忽略。

(1)判断cd棒分别经过区域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ过程中的电流方向

(2)求区域Ⅰ、Ⅲ中两匀强磁场的磁感应强度的平方比即B12∶B22；

(3)已知从ab棒进入区域Ⅲ到cd棒离开区域Ⅲ的过程中a棒内产生的焦耳热为2Q，求外力F对ab棒做的功。

22．如图所示，三个可视为质点的滑块质量分别为mA=m，mB=2m，mC=3m，放在光滑水平面上，三滑块均在同一直线上．一轻质弹簧的一端固定在滑块B上，另一端与滑块C接触但未连接，B、C均静止。现滑块A以速度v0=与滑块B发生碰撞（碰撞时间极短）后粘在一起，并压缩弹簧推动滑块C向前运动，经一段时间，滑块C脱离弹簧，继续在水平面上匀速运动。求：被压缩弹簧的最大弹性势能。

23．如图所示，在水平桌面上有A、B两辆静止的小车，质量分别是和。两车用细线拴在一起，中间有一被压缩的弹簧。剪断细线后，两车被弹开，小车A以的速度向左运动，那么小车B的速度多大？方向如何？请你将此题改成一个验证动量守恒定律的实验，并把实验方案写出来，与同学交流。

参考答案：

1．D

2．D

3．C

4．C

5．B

6．B

7．C

8．C

9．D

10．C

11．A

12．D

13．C

14．B

15．A

16．     m1v1＋m2v2     m1v1′＋m2v2′     动量     天平     速度     质量     动量守恒     m1v1＋m2v2=m1v1′＋m2v2′     天平     圆规     大     水平     下     上     固定     尽量小     m1·OP=m1·OM＋m2·ON     水平     水平     水平     同一     静止     较大

17．     刻度尺、天平     两木块的质量m1、m2和两木块落地点分别到桌子两侧边的水平距离x1、x2     m1x1＝m2x2     无

18．                    碰撞中mv的矢量和是守恒的量

19．     相等          0.620     0.610     1.6%

20．（1）p =0.015 kg·m/s、p′= 0.015 kg·m/s；（2）通过计算发现：两小球碰撞前后的动量相等，即碰撞过程中动量守恒

21．(1)先顺时针后逆时针；(2)；(3)

22．

23．小车B的速度大小为2m/s，方向向右；实验方案见如下