2020屆高考物理總復(fù)習(xí) 作業(yè)29 實驗七 驗證動量守恒定律（含解析）

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1、作業(yè)29　實驗七　驗證動量守恒定律 6 一、選擇題 1．(多選)在利用懸線懸掛等大小球進(jìn)行驗證動量守恒定律的實驗中，下列說法正確的是(　　) A．懸掛兩球的細(xì)繩長度要適當(dāng)，且等長 B．由靜止釋放小球以便較準(zhǔn)確地計算小球碰前的速度 C．兩小球必須都是剛性球，且質(zhì)量相同 D．兩小球碰后可以粘合在一起共同運(yùn)動 解析：兩繩等長能保證兩球正碰，以減小實驗誤差，A正確；由于計算碰撞前速度時用到了mgh＝mv2－0，即初速度為零，B正確；本實驗中對小球的彈性性能無要求，C錯誤；兩球正碰后，有各種運(yùn)動情況，所以D正確． 答案：ABD 二、非選擇題 2．某同學(xué)用如圖29－1所示的裝

2、置做“驗證動量守恒定律”的實驗．先將a球從斜槽軌道上某固定點處由靜止開始滾下，在水平地面上的記錄紙上留下壓痕，重復(fù)10次；再把同樣大小的b球放在斜槽軌道末端水平段的最右端靜止放置，讓a球仍從原固定點由靜止開始滾下，和b球相碰后，兩球分別落在記錄紙的不同位置處，重復(fù)10次． 圖29－1 (1)本實驗必須測量的物理量有________． A．斜槽軌道末端到水平地面的高度H B．小球a、b的質(zhì)量ma、mb C．小球a、b的半徑r D．小球a、b離開斜槽軌道末端后平拋飛行的時間t E．記錄紙上O點到A、B、C各點的距離OA、OB、OC F．a(chǎn)球的固定釋放點到斜槽軌道末端水平部分間的

3、高度差h (2)根據(jù)實驗要求，ma________(填“大于”“小于”或“等于”)mb. (3)放上被碰小球后，兩小球碰后是否同時落地？如果不是同時落地，對實驗結(jié)果有沒有影響？(不必做分析) ________________________________________________________________________. (4)為測定未放小球b時，小球a落點的平均位置，把刻度尺的零刻度線跟記錄紙上的O點對齊，如圖29－2給出了小球a落點附近的情況，由圖可得OB的距離應(yīng)為________cm. 圖29－2 (5)按照本實驗方法，驗證動量守恒定律的表達(dá)式是_____

4、___________________________________________________________________ ________________________________________________________________________. 解析：(1)必須測量的物理量有兩小球的質(zhì)量ma、mb，各落點A、B、C到O點的距離OA、OB、OC，B、E正確． (2)為使a球碰b球后不反彈，必須有ma>mb. (3)b球被碰飛出后，a球還要在水平段運(yùn)動一小段，因此，b球先落地，但不影響實驗結(jié)果． (4)畫盡可能小的圓把所有的小球落點圈在里面，圓心位置

5、大約在45.97 cm. (5)若動量守恒，應(yīng)有mava＝mava′＋mbvb′， va是小球a單獨下落離開軌道時的速度，va′、vb′是兩球碰后離開軌道時的速度，又v＝， 則有ma·＝ma·＋mb· 即maOB＝maOA＋mbOC. 答案：(1)BE　(2)大于　(3)b球先落地，對實驗結(jié)果無影響 (4)45.97(45.95～45.99均正確) (5)maOB＝maOA＋mbOC 3．利用氣墊導(dǎo)軌做實驗來驗證動量守恒定律：開始時兩個滑塊靜止，它們之間有一根被壓縮的輕彈簧，滑塊用繩子連接，繩子燒斷后，兩個滑塊向相反方向運(yùn)動．得到如圖29－3乙所示的兩個滑塊A、B相互作用后運(yùn)動

6、過程的頻閃照片，頻閃的頻率為10 Hz.已知滑塊A、B的質(zhì)量分別為200 g、300 g，根據(jù)照片記錄的信息，A、B離開彈簧后，A滑塊做勻速直線運(yùn)動，其速度大小為________m/s，本次實驗中得出的結(jié)論是________________________． 圖29－3 解析：由題圖可知，細(xì)繩燒斷后，A、B均做勻速直線運(yùn)動．開始時有：vA＝0，vB＝0，A、B被彈開后有： vA′＝m/s＝0.09 m/s，vB′＝ m/s＝0.06 m/s，mAvA′＝0.2×0.09 kg·m/s＝0.018 kg·m/s，mBvB′＝0.3×0.06 kg·m/s＝0.018 kg·m/s，由此

7、可得mAvA′＝mBvB′，即0＝mBvB′－mAvA′.結(jié)論是：兩滑塊組成的系統(tǒng)在相互作用過程中動量守恒． 答案：0.09　兩滑塊組成的系統(tǒng)在相互作用過程中動量守恒 4．某同學(xué)用圖29－4①所示裝置來驗證動量守恒定律，實驗時先讓小球a從斜槽軌道上某固定點處由靜止開始滾下，在水平地面上的記錄紙上留下痕跡，重復(fù)10次；然后再把小球b靜置在斜槽軌道末端，讓小球a仍從原固定點由靜止開始滾下，和小球b相碰后，兩球分別落在記錄紙的不同位置處，重復(fù)10次．回答下列問題： 圖29－4 (1)在安裝實驗器材時斜槽的末端應(yīng)________． (2)小球a、b質(zhì)量ma、mb的大小關(guān)系應(yīng)滿足ma___

8、_____mb，兩球的半徑應(yīng)滿足ra________rb.(選填“>”“<”或“＝”) (3)本實驗中小球落地點的平均位置距O點的距離如圖29－4②所示，小球a、b碰后的平均落地點依次是圖29－4②中的________點和________點． (4)在本實驗中，驗證動量守恒的式子是下列選項中的________． A．maOC＝maOA＋mbOB B．maOB＝maOA＋mbOC C．maOA＝maOB＋mbOC 解析：(1)小球離開軌道后應(yīng)做平拋運(yùn)動，所以在安裝實驗器材時斜槽的末端必須保持水平，才能使小球做平拋運(yùn)動． (2)為防止在碰撞過程中入射小球被反彈，入射小球a的質(zhì)量ma應(yīng)

9、該大于被碰小球b的質(zhì)量mb.為保證兩個小球的碰撞是對心碰撞，兩個小球的半徑應(yīng)相等． (3)由題圖所示裝置可知，小球a和小球b相碰后，根據(jù)動量守恒和能量守恒可知小球b的速度大于小球a的速度．由此可判斷碰后小球a、b的落地點位置分別為A、C點． (4)小球下落高度一樣，所以在空中的運(yùn)動時間t相等，若碰撞過程滿足動量守恒，則應(yīng)有mav0＝mava＋mbvb，兩邊同時乘以時間t可得mav0t＝mavat＋mbvbt，即有maOB＝maOA＋mbOC，故選項B正確． 答案：(1)保持水平　(2)>?。健?3)A　C　(4)B 5．用如圖29－5所示的裝置進(jìn)行以下實驗： 圖29－5 A．先

10、測出滑塊A、B的質(zhì)量M、m及滑塊與桌面間的動摩擦因數(shù)μ，查出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭 B．用細(xì)線將滑塊A、B連接，使A、B間的彈簧壓縮，滑塊B緊靠在桌邊 C．剪斷細(xì)線，測出滑塊B做平拋運(yùn)動落地點到重垂線的水平距離x1和滑塊A沿桌面滑行的距離x2 (1)為探究碰撞中的不變量，寫出還需測量的物理量及表示它們的字母：__________________． (2)若mv為不變量，需驗證的關(guān)系式為______________________________． 解析：(1)要找出碰撞中的不變量，應(yīng)測出兩滑塊質(zhì)量及各自的速度，取向右方向為正方向，剪斷細(xì)線后，A向右做勻減速運(yùn)動，初速度vA′＝＝，B向左做

11、平拋運(yùn)動，設(shè)桌面高度為h，則h＝gt2，－x1＝vB′t， 得vB′＝－x1.故要求出vB′，還應(yīng)測出h. (2)若mv為不變量，碰前MvA＋mvB＝0， 碰后MvA′＋mvB′＝0， 故MvA＋mvB＝MvA′＋mvB′， 即M－mx1＝0. 答案：(1)桌面離水平地面的高度h (2)M－mx1＝0 6．某同學(xué)設(shè)計了一個用電磁打點計時器驗證動量守恒定律的實驗：在小車A的前端粘有橡皮泥，推動小車A使之做勻速直線運(yùn)動，然后與原來靜止在前方的小車B相碰并粘合成一體，繼續(xù)做勻速直線運(yùn)動．他設(shè)計的裝置如圖29－6甲所示．在小車A后連著紙帶，電磁打點計時器所用電源頻率為50 Hz，長木板

12、下墊著薄木片以平衡摩擦力． 圖29－6 (1)若已測得打點紙帶如圖29－6乙所示，并測得各計數(shù)點間距(已標(biāo)在圖上)．A為運(yùn)動的起點，則應(yīng)選________段來計算A碰前的速度，應(yīng)選________段來計算A和B碰后的共同速度(以上兩空選填“AB”或“BC”或“CD”或“DE”)． (2)已測得小車A的質(zhì)量m1 ＝ 0.4 kg，小車B的質(zhì)量為m2＝0.2 kg，則碰前兩小車的總動量為______kg·m/s，碰后兩小車的總動量為________kg·m/s. 解析：(1)從分析紙帶上打點的情況看，BC段既表示小車做勻速運(yùn)動，又表示小車有較大速度，因此BC段能較準(zhǔn)確地描述小車A在碰撞

13、前的運(yùn)動情況，應(yīng)選用BC段計算小車A碰前的速度．從CD段打點的情況看，小車的運(yùn)動情況還沒穩(wěn)定，而在DE段內(nèi)小車運(yùn)動穩(wěn)定，故應(yīng)選用DE段計算A和B碰后的共同速度． (2)小車A在碰撞前的速度 v0＝＝ m/s＝1.050 m/s 小車A在碰撞前的動量 p0＝m1v0＝0.4×1.050 kg·m/s＝0.420 kg·m/s 碰撞后A、B的共同速度 v＝＝m/s＝0.695 m/s 碰撞后A、B的總動量 p＝(m1＋m2)v＝(0.2＋0.4)×0.695 kg·m/s ＝0.417 kg·m/s. 答案：(1)BC　DE　(2)0.420　0.417 7．為了驗證碰撞中的

14、動量守恒和檢驗兩個小球的碰撞是否為彈性碰撞，某同學(xué)選取了兩個體積相同、質(zhì)量相差比較大的小球，按下述步驟做了實驗： 圖29－7 ①用天平測出兩小球的質(zhì)量(分別為m1和m2，且m1＞m2)． ②按圖示安裝好實驗器材，將斜槽AB固定在桌邊，使槽的末端切線水平，將一斜面BC連接在斜槽末端． ③先不放小球m2，讓小球m1從斜槽頂端A處由靜止開始滾下，記下小球在斜面上的落點位置． ④將小球m2放在斜槽末端邊緣處，讓小球m1從斜槽頂端A處由靜止開始滾下，使它們發(fā)生碰撞，分別記下小球m1和m2在斜面上的落點位置． ⑤用毫米刻度尺量出各個落點位置到斜槽末端點B的距離．圖中D、E、F點是該同學(xué)記下

15、小球在斜面上的落點位置，到B點的距離分別為LD、LE、LF. 根據(jù)該同學(xué)的實驗，回答下列問題： (1)在不放小球m2時，小球m1從斜槽頂端A處由靜止開始滾下，m1的落點在圖中的________點，把小球m2放在斜槽末端邊緣處，小球m1從斜槽頂端A處由靜止開始滾下，使它們發(fā)生碰撞，碰后小球m1的落點在圖中的________點． (2)若碰撞過程中，動量和機(jī)械能均守恒，不計空氣阻力，則下列表達(dá)式中正確的有________． A．m1LF＝m1LD＋m2LE B．m1L＝m1L＋m2L C．m1LE＝m1LD＋m2LF D．LE＝LF－LD 解析：(1)小球m1從斜槽頂端A處由靜止開

16、始滾下，m1的落點在圖中的E點，小球m1和小球m2碰撞后，小球m2的速度增大，小球m1的速度減小，都做平拋運(yùn)動，所以碰撞后m1球的落點是D點，m2球的落點是F點． (2)設(shè)斜面傾角為θ，小球落點到B點的距離為L，小球從B點拋出時速度為v，則豎直方向有Lsinθ＝gt2，水平方向有Lcosθ＝vt，解得v＝＝＝，所以v∝. 由題意分析得，只要滿足m1v1＝m2v2＋m1v1′，把速度v代入整理得m1＝m1＋m2，說明兩球碰撞過程中動量守恒；若兩小球的碰撞是彈性碰撞，則碰撞前后機(jī)械能沒有損失，則要滿足關(guān)系式：m1v＝m1v1′2＋m2v，整理得m1LE＝m1LD＋m2LF，故C正確． 答案：

17、(1)E　D　(2)C 8．某同學(xué)利用打點計時器和氣墊導(dǎo)軌做驗證動量守恒定律的實驗，氣墊導(dǎo)軌裝置如圖29－8甲所示，所用的氣墊導(dǎo)軌裝置由導(dǎo)軌、滑塊、彈射架等組成．在氣墊導(dǎo)軌的兩個工作面上均勻分布著一定數(shù)量的小孔，向?qū)к壙涨粌?nèi)不斷通入壓縮空氣，空氣會從小孔中噴出，使滑塊穩(wěn)定地飄在導(dǎo)軌上，這樣就大大減小了因滑塊和導(dǎo)軌之間的摩擦而引起的誤差． 圖29－8 (1)下面是實驗的主要步驟： ①安裝好氣墊導(dǎo)軌，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌的調(diào)節(jié)旋鈕，使導(dǎo)軌水平； ②向氣墊導(dǎo)軌空腔內(nèi)通入壓縮空氣； ③把打點計時器固定在緊靠氣墊導(dǎo)軌左端彈射架的外側(cè)，將紙帶穿過打點計時器和彈射架并固定在滑塊1的左端，調(diào)節(jié)打點計時

18、器的高度，直至滑塊拖著紙帶移動時，紙帶始終在水平方向； ④使滑塊1擠壓導(dǎo)軌左端彈射架上的橡皮繩； ⑤把滑塊2放在氣墊導(dǎo)軌的中間，已知碰后兩滑塊一起運(yùn)動； ⑥先________，然后________，讓滑塊1帶動紙帶一起運(yùn)動； ⑦取下紙帶，重復(fù)步驟④⑤⑥，選出較理想的紙帶如圖29－8乙所示； ⑧測得滑塊1(包括撞針)的質(zhì)量為310 g，滑塊2(包括橡皮泥)的質(zhì)量為205 g. 請完善實驗步驟⑥的內(nèi)容． (2)已知打點計時器每隔0.02 s打一個點，兩滑塊相互作用前質(zhì)量與速度的乘積之和為________kg·m/s；兩滑塊相互作用以后質(zhì)量與速度的乘積之和為________kg·m/s

19、.(保留三位有效數(shù)字) (3)第(2)問中兩結(jié)果不完全相等的主要原因是________________________． 解析：(1)應(yīng)先接通打點計時器的電源，然后釋放拖動紙帶的滑塊1.(2)放開滑塊1后，滑塊1做勻速運(yùn)動，與滑塊2發(fā)生碰撞后跟滑塊2一起做勻速運(yùn)動，由紙帶上的數(shù)據(jù)可得：碰前滑塊1的速度為v1＝2.00 m/s，動量為p1＝m1v1＝0.620 kg·m/s，滑塊2的動量為0，所以碰前的總動量為0.620 kg·m/s；碰后滑塊1、2速度相等，均為v2＝1.20 m/s，所以碰后總動量為(m1＋m2)v2＝0.618 kg·m/s.(3)數(shù)據(jù)不完全相等是因為紙帶與打點計時器限位孔之間存在摩擦力的作用． 答案：(1)接通打點計時器的電源　放開滑塊1 (2)0.620　0.618 (3)紙帶與打點計時器限位孔之間存在摩擦力作用 7