2022届高考物理一轮复习专题51实验：验证动量守恒定律练习含解析

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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)用天平测砝码与砝码盘的总质量m1、滑块(含遮光片)的质量m2；
(3)用细线跨过轻质定滑轮将滑块与砝码盘连接，并让细线水平拉动滑块；
(4)令滑块在砝码和砝码盘的拉动下从左边开始运动，和计算机连接的光电门能测量出遮光片经过A、B两处的光电门的遮光时间Δt1、Δt2及遮光片从A运动到B所用的时间t12；
(5)在遮光片随滑块从A运动到B的过程中，如果将砝码和砝码盘所受重力视为滑块所受拉力，拉力冲量的大小I＝______，滑块动量改变量的大小Δp＝______；(用题中给出的物理量及重力加速度g表示)
(6)某次测量得到的一组数据为：d＝1.000cm，m1＝1.50×10－2kg，m2＝0.400kg，Δt1＝3.900×10－2s，Δt2＝1.270×10－2s，t12＝1.50s，取g＝9.80m/s2.计算可得I＝________N·s，Δp＝________kg·m·s－1；(结果均保留3位有效数字)
(7)定义δ＝eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(\f(I－Δp,I)))×100%，本次实验δ＝________%(保留1位有效数字).
2．在“探究碰撞中的不变量”实验中，装置如图所示，两个小球的质量分别为mA和mB.
(1)现有下列器材，为完成本实验，哪些是必需的？请将这些器材前面的字母填在横线上________．
A．秒表 B．刻度尺
C．天平D．圆规
(2)如果碰撞中动量守恒，根据图中各点间的距离，则下列式子可能成立的是________．
A．eq \f(mA,mB)＝eq \f(ON,MP)B．eq \f(mA,mB)＝eq \f(OM,MP)
C．eq \f(mA,mB)＝eq \f(OP,MN)D．eq \f(mA,mB)＝eq \f(OM,MN)
3．如图为实验室常用的气垫导轨验证动量守恒实验的装置．两个带有等宽遮光条的滑块A和B，质量分别为mA、mB，在A、B间用细线水平压住一轻弹簧，将其置于气垫导轨上，调节导轨使其能实现自由静止，这是表明______________________，烧断细线，滑块A、B被弹簧弹开，光电门C、D记录下两遮光条通过的时间分别为tA和tB，若有关系式________成立，则说明该实验中动量守恒．
4.
用如图所示装置探究碰撞中的不变量，质量为mA的钢球A用细线悬挂于O点，质量为mB的钢球B放在离地面高度为H的小支柱N上，O点到A球球心距离为L，使悬线在A球释放前伸直，且线与竖直方向的夹角为α，A球释放后摆到最低点时恰好与B球正碰，碰撞后，A球把轻质指示针OC推移到与竖直方向夹角为β处，B球落到地面上，地面上铺一张盖有复写纸的白纸D，保持α角度不变，多次重复上述实验，白纸上记录到多个B球的落点．
(1)图中s应是B球初始位置到________的水平距离．
(2)实验中需要测量的物理量有__________________．
(3)实验中需要验证的关系式__________________．
5．[2021·保定摸底]某同学用如图所示装置验证动量守恒定律．在上方沿斜面向下推一下滑块A，滑块A匀速通过光电门甲，与静止在两光电门间的滑块B相碰，碰后滑块AB先后通过光电门乙，采集相关数据进行验证．(最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力)
(1)(多选)下列所列物理量哪些是必须测量的________
A．滑块A的质量mA，滑块B的质量mB
B．遮光片的宽度d(滑块A与滑块B上的遮光片宽度相等)
C.本地的重力加速度g
D．滑块AB与长木板间的摩擦因数μ
E．滑块A、B上遮光片通过光电门的时间
(2)滑块A、B与斜面间的摩擦因数μA、μB，质量mA、mB，要完成本实验，它们需要满足的条件是________
A．μA>μB mA>mBB．μA>μB mAC．μA＝μB mA>mBD．μA<μB mA(3)实验时，要先调节斜面的倾角，应该如何调节？
________________________________________________________________________.
(4)若光电门甲的读数为t1，光电门乙先后的读数为t2、t3，用题目中给定的物理量符号写出动量守恒的表达式________________．
6．现利用如图所示装置验证动量守恒定律．在图中，气垫导轨上有A、B两个滑块，滑块A右侧带有一撞针，滑块B左侧有橡皮泥，上面均固定有遮光片，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的质量m1＝300.0g，滑块B的质量m2＝100.0g，两滑块的遮光片宽度均为d＝1.00cm.将两个光电门固定在合适位置，滑块A置于光电门1左侧某一合适位置，滑块B置于两光电门之间某一合适位置，给滑块A向右的初速度，通过光电门1后使它与B相碰并粘在一起通过光电门2.计时器显示滑块A、B的遮光片通过光电门1和2的时间分别为Δt1＝30ms和Δt2＝41ms.
请完成下面的问题：
(1)碰撞前，滑块A的动量为p1＝________kg·m/s.
(2)碰撞后，滑块A、B的动量为p2＝________kg·m/s.
(3)碰撞前后总动量之差为|Δp|＝________kg·m/s.
(以上均保留三位小数)
(4)若η＝eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(\f(Δp,p1)))是本实验的误差指标，则η＝________．(保留两位小数)
(5)η≤0.05是本实验误差允许的范围，则本实验是否验证了动量守恒？回答________(填“是”或“否”).
专题51 实验：验证动量守恒定律
1．(1)大约相等 (5)m1gt12 m2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(d,Δt2)－\f(d,Δt1)))
(6)0.221 0.212 (7)4
解析：(1)滑块在气垫导轨上运动时可认为阻力为零，当导轨水平放置时滑块匀速运动，遮光片通过两光电门的遮光时间大约相等．(5)将砝码和砝码盘所受重力作为滑块所受拉力时，由冲量定义可知I＝m1gt12.滑块通过两光电门时的速度大小分别为vA＝eq \f(d,Δt1)、vB＝eq \f(d,Δt2)，故此过程中滑块动量改变量的大小为Δp＝m2vB－m2vA＝m2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(d,Δt2)－\f(d,Δt1))).(6)将数据代入上述表达式可得I≈0.221N·s、Δp≈0.212kg·m/s.(7)由定义得δ＝eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(\f(I－Δp,I)))×100%＝4%.
2．(1)BCD (2)A
解析：(1)该实验中需要测量小球的质量以及小球的水平位移，需要的测量仪器是天平、刻度尺，找出小球平均落点需要用到圆规；测速度时由v＝eq \f(x,t)可知时间均相等不需用到秒表，BCD正确．
(2)两球碰撞后，均做平抛运动，由于小球抛出的高度相等，它们在空中的时间t相等，做平抛运动的初速度vA＝eq \f(OP,t)，v′A＝eq \f(OM,t)，v′B＝eq \f(ON,t)，由动量守恒定律知：mAvA＝mAv′A＋mBv′B，得mAeq \f(OP,t)＝mAeq \f(OM,t)＋mBeq \f(ON,t)，eq \f(mA,mB)＝eq \f(ON,OP－OM)＝eq \f(ON,MP)，A正确．
3．气垫导轨水平 eq \f(mA,tA)－eq \f(mB,tB)＝0
解析：两滑块自由静止，滑块静止，处于平衡状态，所受合力为零，此时气垫导轨是水平的；设遮光条的宽度为d；
两滑块的速度为：vA＝eq \f(d,tA)，vB＝eq \f(d,tB)，如果动量守恒，满足：mAvA－mBvB＝0，解得：eq \f(mA,tA)－eq \f(mB,tB)＝0.
4．(1)落地点 (2)L、α、β、H、s、mA、mB
(3)mAeq \r(2gL（1－csα）)＝mAeq \r(2gL（1－csβ）)＋mBseq \r(\f(g,2H))
5．(1)AE (2)C (3)滑块下滑通过两光电门所用时间相等(意思相近也给分) (4)eq \f(mA,t1)＝eq \f(mA,t3)＋eq \f(mB,t2)
6．(1)0.100 (2)0.098 (3)0.002 (4)0.02 (5)是
解析：(1)根据v1＝eq \f(d,Δt1)＝eq \f(1.00×10－2,30×10－3)m/s＝eq \f(1,3)m/s，故碰撞前的动量p1＝m1v1＝0.100kg·m/s；
(2)碰撞后的速度v2＝eq \f(d,Δt2)＝eq \f(1.00×10－2,41×10－3)＝eq \f(10,41)m/s，碰撞后的动量p2＝(m1＋m2)v2≈0.098kg·m/s；
(3)碰撞前后总动量之差为|Δp|＝|0.100－0.098|kg·m/s＝0.002kg·m/s；
(4)η＝eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(\f(Δp,p1)))＝eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(\f(0.002,0.100)))＝0.02；
(5)η≤0.05是本实验误差允许的范围，而本实验误差为0.02，因此在误差允许的范围内，可以验证动量守恒．