人教版 (2019)选择性必修 第一册第一章 动量守恒定律4 实验：验证动量守恒定律巩固练习

第一章  机械能守恒定律

4  实验：验证动量守恒定律

【基础巩固】

1.在利用平抛运动验证动量守恒定律的实验中,安装斜槽轨道时,应让斜槽末端的切线保持水平,这样做的目的是              (　　)

A.使入射球得到较大的速度

B.使入射球与被碰球对心碰撞后速度均为水平方向

C.使入射球与被碰球碰撞时动能无损失

D.使入射球与被碰球碰撞后均能从同一高度飞出

解析:实验中小球能水平飞出是实验成功的关键.

答案:B

2.下图为验证动量守恒定律的实验装置示意图,两个带有等宽遮光条的滑块A、B的质量分别为mA、mB,在A、B间锁定一压缩的轻弹簧,将其置于气垫导轨上.已知A到C与B到D的距离相等,遮光条的宽度为d.接通充气开关,解除弹簧的锁定,弹簧将两滑块沿相反方向弹开,光电门C、D记录下两遮光条通过的时间分别为t1和t2.

(1)本实验需要调节气垫导轨水平,调节方案是 　                     . 

(2)调节导轨水平后进行实验,若关系式　　　　　　　成立,则说明该实验动量守恒. 

(3)某次实验未接通充气开关,弹簧被锁定时压缩的长度不变,光电门C、D记录下两遮光条通过的时间分别为t3和t4,两滑块与导轨间的动摩擦因数相同,若要测出该动摩擦因数,还需要测量的量是　                       . 

解析:(1)接通充气开关,调节导轨,滑块能静止在气垫导轨上或使滑块经两个光电门的时间相等时,则表示气垫导轨已调整至水平状态.

(2)两滑块组成的系统弹开前动量为0,若两滑块组成的系统动量守恒,则弹开后满足mAvA=mBvB,即mA=mB,所以=,只要该式成立,就能说明该实验动量守恒.

(3)对滑块A,有2-2=2μgxAC,对滑块B,有2-2=2μgxBD,故还需测量滑块到光电门的距离.

答案:(1)接通充气开关,调节导轨使滑块能静止在导轨上或使滑块经两个光电门的时间相等   (2)=   (3)两滑块到光电门的距离

3.“探究碰撞中的不变量”的实验装置如图所示,阻力很小的滑轨上有两辆小车A、B,给小车A一定速度去碰撞静止的小车B,小车A、B碰撞前后的速度大小可由速度传感器测得.

(1)实验应进行的操作有　　　　. 

A.测量滑轨的长度

B.测量小车的长度和高度

C.碰撞前将滑轨调成水平

(2)下表是某次实验时测得的数据:

由表中数据可知,碰撞后小车A、B所构成系统的总动量大小是

　　　　kg·m/s.(结果保留3位有效数字) 

解析:(1)实验需要测量小车的速度和质量,不需要测量滑轨的长度以及小车的长度和高度,选项A、B错误;当系统所受合外力为0时系统动量守恒,故碰撞前应将滑轨调成水平,选项C正确.

(2)由于小车A的质量小于小车B的质量,因此碰撞后小车A反弹,以碰撞前小车A的速度方向为正方向,则碰撞后小车A、B所构成的系统总动量p=mAvA+mBvB=0.200×(-0.200)kg·m/s+0.300×0.800 kg·m/s=0.200 kg·m/s.

答案:(1)C　(2)0.200

4.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:小车A前端粘有橡皮泥,后端连着一穿过打点计时器的纸带,接通打点计时器电源后,推动小车A使之做匀速直线运动,与原来静止在前方的相同材料制成的小车B相碰并粘在一起,继续做匀速直线运动,他设计的实验装置如图甲所示.

甲

(1)长木板右端下面垫一小木块的目的是 　                        . 

(2)若已获得的纸带如图乙所示,A为运动的起点,相邻计数点间距离分别记为xAB、xBC、xCD和xDE,用天平测得A、B两车的质量分别为mA、mB,则需验证的表达式为　　　　　　　　　　　　　　　　. 

乙

解析:(1)长木板右端下面垫一小木块,目的是平衡摩擦力,使小车拖着纸带在木板上能做匀速直线运动.

(2)从题图中可以看出,B到C的时间等于D到E的时间,所以可以用BC的长度代表小车碰撞前的速度,用DE的长度代表碰撞后的速度,应有(mA+mB)·xDE=

mA·xBC.

答案:(1)平衡摩擦力,使小车能在木板上做匀速直线运动　

(2)(mA+mB)·xDE=mA·xBC

【拓展提高】

5.如图所示,在实验室用两端带有竖直挡板C和D的气垫导轨及有固定挡板的质量都是m'的滑块A和B做验证动量守恒定律的实验,实验步骤如下:

Ⅰ.把两滑块A和B紧靠在一起,在A上固定质量为m的砝码(未画出),将A和B置于导轨上,用电动卡销卡住A和B,在A和B的固定挡板间放入一轻弹簧,使弹簧处于水平压缩状态;

Ⅱ.按下电钮放开电动卡销,同时启动两个记录两滑块运动时间的电子计时器,在A和B与固定挡板C和D碰撞的同时电子计时器自动停止计时,记下A运动至C的时间t1,B运动至D的时间t2;

Ⅲ.重复几次,取t1和t2的平均值.

(1)在调整气垫导轨时应注意　                                 ; 

(2)应测量的数据还有　                                       ; 

(3)只要关系式　　　　　　　　　　　成立,即可验证动量守恒定律. 

解析:(1)导轨水平时滑块做匀速运动.

(2)需测出A左端到挡板C的距离x1和B右端到挡板D的距离x2,由计时器记下A、B到两挡板的时间t1、t2,算出两滑块A、B弹开时的速度v1=,v2=.

(3)若动量守恒,则(m'+m)v1-m'v2=0,

即(m'+m)=m'.

答案:(1)使气垫导轨水平

(2)滑块A的左端到挡板C的距离x1和滑块B的右端到挡板D的距离x2

(3)(m'+m)=m'

6.在“研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒”的实验中,实验装置如图甲所示,实验原理如图乙所示.

甲

乙

直径d1=2 cm,质量m1=24 g

A

直径d2=2 cm,质量m2=12 g

B

直径d3=3 cm,质量m3=4 g

C

丙

(1)实验室有如图丙所示的A、B、C三个小球,则入射小球应该选取_______进行实验(填字母代号). 

(2)关于本实验,下列说法正确的是　　　　(填字母代号). 

A.斜槽必须足够光滑且安装时末端必须保持水平

B.小球每次都必须从斜槽上的同一位置由静止释放

C.必须测量出斜槽末端到水平地面的高度

D.实验中需要用到秒表测量小球空中飞行的时间

(3)用刻度尺测量M、P、N距O点的距离依次为x1、x2、x3,通过验证等式

____________(填字母代号)是否成立,从而验证动量守恒定律. 

A.m2x2=m2x1+m1x3

B.m1x2=m2x2+m3x3

C.m1x2=m1x1+m2x3

D.m2x1=m2x2+m1x3

解析:(1)实验要选择大小一样的小球,为了防止入射小球碰撞后被弹回,被碰小球的质量应小于入射小球的质量,应选A为入射小球.

(2)斜槽末端一定要水平,只要入射小球每次释放的位置相同,就能使得每次碰撞前的速度相同,与斜槽是否光滑无关,故选项A错误;为保证每次碰撞前入射小球的速度相同,入射小球每次必须从斜槽上的同一位置由静止释放,故选项B正确;由于两小球每次都是从同一位置开始做平抛运动,小球在空中飞行时间相同,小球的水平射程能够反映小球的速度大小,所以实验中不用测量斜槽末端到水平地面的高度和时间,故选项C、D错误.

(3)小球离开斜槽后做平抛运动,在竖直方向上,有h=gt2,则多次平抛下落时间相等,若动量守恒,取向右为正方向,则有m1=m1+m2,整理得m1x2=m1x1+m2x3,故选项A、B、D错误,选项C正确.

答案:(1)A　(2)B　(3)C