2020-2021学年第1章 动量及其守恒定律第3节 科学验证:动量守恒定律同步达标检测题

1.3科学验证：动量守恒定律同步练习2021—2022学年高中物理鲁科版（2019）选择性必修第一册

一、选择题（共15题）

1．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

2．用如图所示的装置来验证动量守恒定律，斜槽轨道固定在水平桌面上，入射小球、被碰小球分别为、，则下列做法正确的是（　　）

A．和可以是半径不同的小球

B．小球每次必须从斜轨同一位置释放

C．选用两球的质量应满足

D．必须用秒表测定小球在空中飞行的时间

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“验证动量守恒定律”的实验中，安装斜槽轨道时，应让斜槽末端点的切线保持水平，这样做的 目的是为了使（ ）

A．入射小球得到较大的速度

B．入射小球与被碰小球对心碰撞后速度为水平方向

C．入射小球与被碰小球对碰时无动能损失

D．入射小球与被碰小球碰后均能从同一高度飞出

5．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

6．用如图所示的实验装置来完成“验证动量守恒定律”的实验，关于本实验下列说法中正确的是（　　）

A．同一组实验中，入射小球必须从同一位置由静止释放

B．入射小球的质量必须等于被碰小球的质量

C．轨道倾斜部分必须光滑

D．需要秒表测量小球在空中飞行时间

7．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

8．某同学利用如图所示的装置做“验证动量守恒定律的实验”，已知两球的质量分别为m1、m2（且m1＞m2），关于实验下列说法正确的（　　）

A．如果M是m2的落点，则该同学实验过程中必有错误

B．斜槽轨道必须很光滑

C．实验需要验证的是m1·=m2·＋m1·

D．实验需要秒表、天平、圆规等器材

9．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

10．在做验证动量守恒定律实验时，入射球a的质量为，被碰球b的质量为，小球的半径为r，各小球的落点如图所示，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

11．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

12．在探究碰撞中的不变量时，采用如图所示的实验装置，仪器按要求安装好后开始实验，第一次不放被碰小球，第二次把被碰小球直接静止放在斜槽末端的水平部分，在白纸上记录重锤位置和各小球落点的平均位置依次为O、A、B、C，则下列说法中正确的是（     ）

A．第一、二次入射小球的落点依次是A、B

B．第一、二次入射小球的落点依次是C、B

C．第二次入射小球和被碰小球将同时落地

D．第二次入射小球和被碰小球不会同时落地

13．在用两个小球的碰撞来验证碰撞中的不变量时，不是产生误差的主要原因是（        ）

A．碰撞前入射小球的速度方向、碰撞后入射小球的速度方向和碰撞后被碰小球的速度方向不是绝对沿水平方向

B．小球在空气中飞行时受到空气阻力

C．通过复写纸描得的各点，不是理想的点，有一定的大小，从而带来作图上的误差

D．测量长度时有误差

14．采用如图所示的实验装置进行验证动量守恒定律（图中小球半径相同、质量均已知，且mA>mB），下列说法正确的是（　　）

A．实验中要求轨道末端必须保持水平

B．实验中要求轨道必须光滑

C．验证动量守恒定律，需测量OB、OM、OP和ON的距离

D．测量时发现N点偏离OMP这条直线，直接测量ON距离不影响实验结果

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4题）

16．用如图甲所示的装置“探究碰撞中的不变量”实验中：

(1)用游标卡尺测量入射球直径，测量结果如图乙所示，该球直径为________ cm；

(2)实验中小球的落点情况如图丙所示，入射球与被碰球的质量之比mA∶mB=5∶3；则碰撞结束时刻两球动量大小之比pA∶pB=________。

17．“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_____________。

18．在“碰撞中的动量守恒”实验中，已测得A、B两小球质量mA<mB，由实验所得结果如图所示，图中M、P、N为小球落点位置，O是斜槽末端重垂线的投影点，则图中O′是_______球(填“A”或“B”)球心的投影点；A、B两球的质量之比是______。

19．气垫导轨是一种实验辅助仪器，利用它可以非常精确地完成多个高中物理实验，滑块在导轨上运动时，可认为不受摩擦阻力，现利用气垫导轨验证动量守恒定律，实验装置如图

（1）对导轨进行调节平衡，使气垫导轨和光电门都正常工作，在导轨上只放置滑块1．调整调节旋钮，轻推滑块，观察滑块通过两光电门的时间，当_______时，说明导轨已经水平。

（2）使用天平测得滑块1、2质量分别为m1、m2，然后按如图所示方式放在气垫导轨上．使滑块1获得向右的速度，滑块1通过光电门1后与静止的滑块2碰撞并粘在一起，遮光条通过光电门1、2的时间分别为t1、t2，则上述物理量间如果满足关系式 _____，则证明碰撞过程中两滑块的总动量守恒．

三、综合题（共4题）

20．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。

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，某对撞系统类似于“过山车”模型，通过改变电场方向自动控制。该绝缘装置存在于竖直面内的匀强电场中，平直轨道BD上有一半径为R的环形轨道，水平轨道与倾斜轨道、环形轨道平滑连接。开始时电场方向向上，质量为m、电量为q的带电刚性小球P静止于离水平面高h处的倾斜轨道AB上，恰好对轨道无压力。将电场反向后，小球P由静止沿轨道运动，与另一静止于水平轨道上大小相等的绝缘刚性小球Q发生弹性正碰。已知Q球质量是P球的4倍，重力加速度为g，忽略一切摩擦阻力。求：

(1)匀强电场的场强E；

(2)要使P球能够沿着轨道运动与Q球碰撞，h需满足的条件；

(3)要使P球能够沿着轨道运动与Q球至少发生两次碰撞，h需满足的条件。

23．如图所示，在空间和空间内分别存在竖直向上和向下的匀强磁场，磁感应强度大小均为，在竖直方向上足够长，两磁场空间宽度均为。一边长为，总电阻为，质量的正方形线框从左边界面处水平飞入磁场，进入磁场时，已知当线框下落时刻边刚好离开边界面，且此时速度方向与水平方向的夹角为，试求：

(1)边出磁场前瞬间线框所受的安培力；

(2)边出磁场后瞬间两点间的电势差和从离开边界面到离开边界面过程中边产生的焦耳热；

(3)线圈刚进入边界面时的初速度。

参考答案：

1．A

2．B

3．C

4．B

5．A

6．A

7．A

8．A

9．D

10．C

11．B

12．D

13．B

14．A

15．D

16．     1.16     1∶2

17．                    碰撞中mv的矢量和是守恒的量

18．     A     1：3

19．     滑块1通过两个光电门所用的时间相等    

20．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

21．(1)先顺时针后逆时针；(2)；(3)

22．(1) ；(2) ；(3) 或

23．(1)6N；(2)3V，；(3)