人教版 (2019)选择性必修 第一册4 实验：验证动量守恒定律课后练习题

1.4实验：验证动量守恒定律同步练习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．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

2．在研究碰撞中的动量守恒的实验中，下列操作不正确的是（       ）

A．改变入射小球的释放高度，多次释放，测出每次的水平位移，求出平均值，代入公式计算

B．入射小球应始终保持在同一高度释放

C．球相碰时，两球的球心必须在同一水平高度上

D．重复从同一高度释放入射小球，用一个尽量小的圆将其各次落点圈在其中，取其圆心作为小球落点的平均值

3．一质量为 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

4．在做“验证动量守恒定律”实验时，入射球a的质量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

E．要验证的表达式是

5．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

6．如图所示，一个质量为的人抓在一只大气球下方，气球下面有一根长绳。气球和长绳的总质量为，长绳的下端刚好和水平面接触。初始静止时人离地面的高度为。如果这个人开始沿长绳向下滑动，当他滑到长绳下端时，他离地面的高度是（可以把人看作质点）（　　）

A．5 m B．3.6 m C．2.6 m D．8 m

7．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

8．两球相向运动，发生正碰，碰撞后两球均静止，于是可以断定，在碰撞以前       (       )

A．两球的质量相等

B．两球的速度大小相同

C．两球的质量与速度的乘积之和的大小相等

D．以上都不能断定

9．利用气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”的实验时，不需要测量的物理量是（　　）

A．滑块的质量 B．挡光时间

C．挡光片的宽度 D．滑块移动的距离

10．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

11．一子弹从水平方向飞来打穿一放在光滑的水平面上的木块．关于此过程，对子弹和木块组成的系统，以下看法正确的是（　　）

A．动量守恒，机械能守恒

B．动量守恒，机械能不守恒

C．动量不守恒，机械能守恒

D．动量不守恒，机械能不守恒

12．在气垫导轨上进行探究实验时，首先应该做的是（）

A．给气垫导轨通气

B．给光电计时器进行扫零处理

C．把滑块放到导轨上

D．检查挡光片通过光电门时是否能挡光计时

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．在研究斜槽末端小球碰撞时动量守恒的实验中，实验装置如图所示，实验中（　　）

A．不需要测量小球的质量

B．需要测量小球下落的高度

C．用重垂线来检测斜槽末端是否水平

D．用小球的水平位移大小表示碰撞前后的速度大小

二、填空题（共5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．某小组用如图所示的装置验证动量守恒定律，装置固定在水平面上。圆弧形轨道末端切线水平，两球半径相同，两球与水平面的动摩擦因数相同。实验时，先测出A、B两球的质量m1、m2，让球A多次从圆弧形轨道上某一位置由静止释放，记下其在水平面上滑行距高的平均值为L，然后把球B静置于轨道末端水平部分，并将球A从轨道上同一位置由静止释放，并与球B相碰，重复多次。已知碰后球A，B滑行距离的平均值分别为L1、L2

（1）为确保实验中球A不反向运动，则m1、m2应满足的关系是___________。

（2）若碰撞前后动量守恒，写出动量守恒的表达式：___________。

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．某同学利用图所示的装置，通过半径相同且质量分别为m1、m2的A．B两球所发生的碰撞来验证动量守恒定律．图中O点为球离开轨道时球心的投影位置，p点为A球单独平抛后的落点，p1、p2分别为A．B碰撞后A．B两球的落点．已知A球始终从同一高度滚下．今测得op=x，op1=x1，op2=x2，则动量守恒表达式为___________，（用m1、m2、x1、x2表示）若表达式______________________成立，则可判断AB发生弹性正碰．

20．（1）如图甲所示为强强同学在“探究做功与物体速度变化的关系”实验中所用的学生电源，其接线端口应选择________（填“左侧”或“右侧”）。使用该电源选用的打点计时器应为________（填“乙”或“丙”）

（2）他又利用如图丁所示装置进行“探究碰撞中的不变量”实验，在平衡摩擦力操作中应把垫片垫在图丁中平板的________（填“左侧”或“右侧”），该实验________（填“需要”或“不需要”）测量两小车的质量。

（3）下列两条纸带，“探究碰撞中的不变量”实验的纸带是________，请计算出两小车碰撞以后的速度________。

三、综合题（共3题）

21．有研究者用下列方式验证动量守恒定律。如图（a）所示，在气垫导轨上有A、B两个滑块，滑块A和B相对的侧面皆有弹簧片，滑块A左侧与连接打点计时器的纸带相连，滑块B上端固定有遮光片，光电计时器可记录遮光片通过光电门的时间。实验测得滑块A的质量m1=0.310kg，滑块B的质量m2=0.108kg，遮光片的宽度d=1.00cm；打点计时器所用交流电源的频率f=50Hz。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，使它与滑块B相碰；碰撞后光电计时器显示的时间△tB=3.500ms，碰撞前后打出的纸带如图（b）所示。

若实验允许的相对误差绝对值（）最大为5%，本实验是否在误差范围内验证了动量守恒定律？请写出运算过程。

22．如图所示，在光滑水平面上有一辆质量m1＝3.98 kg的平板小车，小车上表面离地高度为h=0.2m，小车右端有一个质量m2＝1 kg的木块(木块可视为质点)，小车与木块一起静止在地面上．一颗质量m0＝20 g的子弹以v0＝300 m/s的初速度水平向右飞行，瞬间击中小车并留在其中．木块与小车上表面之间的动摩擦因数μ=0.2．(g＝10 m/s2)

（1）如果木块刚好不从小车上掉下，求小车长度L0；

（2）如果小车长度L=0.25 m，求木块落地瞬间与小车左端的水平距离x．

23．如图，小球A和B紧靠一起中间压紧一轻质弹簧并锁定（弹簧与小球不相连），静止于光滑平台上，mA=0.3kg，mB=0.5kg，解锁弹簧后两小球突然分离，A分离后向左运动恰好通过半径R=0.5m的光滑半圆轨道的最高点, B球分离后从平台上水平抛出，已知平台的高度h＝0.8 m，重力加速度g＝10m/s2，求：

(1)AB两球刚分离时A的速度大小；

(2)压紧时弹簧的弹性势能和B球落地的水平位移．

参考答案：

1．D

2．A

3．C

4．D

5．B

6．B

7．A

8．C

9．D

10．C

11．B

12．A

13．C

14．B

15．D

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．     m1>m2    

18．                    碰撞中mv的矢量和是守恒的量

19．     m1     x=m1x1+m2x2

20．     右侧     乙     左侧     需要     纸带2     0.65m/s

21．是，

碰撞前A滑块的速度大小为

碰撞后B滑块的速度大小为

碰撞后A滑块的速度大小为

碰撞前A滑块的动量

碰撞后A滑块的动量

碰撞后B滑块的动量

实验允许的相对误差绝对值

本实验是在误差范围内验证了动量守恒定律

22．（1）0.45m（2）0.2m

23．(1)vA=5m/s        (2)EP=6J     s=1.2m