高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册4 实验：验证动量守恒定律精品课件ppt

人教版新教材 物理选择性必修第一册 第一章《动量守恒定律》

1.4  验证动量守恒定律

精选练习

一、夯实基础

1．（2018·湖南·宁乡市教育研究中心高一期末）如图（a）所示，在水平光滑轨道上停着甲、乙两辆实验小车，甲车连接一穿过打点计时器的纸带，启动打点计时器，使甲车获得一水平初速度。甲车运动一段距离后，与静止的乙车发生正碰并粘在一起运动。纸带记录下碰撞前甲车和碰撞后两车运动情况如图（b）所示，电源频率为50 Hz。

（1）碰撞前甲车运动速度大小为________m/s，碰撞后甲、乙两车一起运动速度大小为________m/s

（2）在碰撞过程中两小车系统机械能__________，动量__________。（选填守恒、不守恒、不能确定）

2．（2021·四川省资阳中学高一阶段练习）实验小组的同学利用气垫导轨验证动量守恒定律，水平气垫导轨上装有两个光电门，如图所示，实验时让两滑块分别从导轨的左右两侧向中间运动，它们穿过光电门后发生碰撞。实验测得滑块A的总质量为（含遮光片）mA、滑块B的总质量为（含遮光片）mB，两滑块上遮光片的宽度相同，光电门记录的遮光片挡光时间：左侧光电门记录的时间为t1，右侧光电门一共记录了3个不等的时间，先后分别是t2、t3、t4。

（1）完成上述实验______（填“需要”或“不需要”）测量遮光片的宽度。

（2）右侧光电门记录的时间t3、t4，可以判断t3______t4（填“>”或“<”）。

（3）若两滑块相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为_________；若碰撞为弹性碰撞，还需满足_________。

3．（2020·湖北·武汉市洪山高级中学高一期中）某同学设计了一个用打点计时器来完成“探究碰撞中的不变量”的实验：将打点计时器固定在光滑的长木板的一端，把纸带穿过打点计时器，连在小车A的后面。让小车A运动，小车B静止。在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥，如图1所示，碰撞时撞针插入橡皮泥把两小车粘合成一体。他在安装好实验装置后，先接通电源然后轻推小车A，使A获得一定的速度，电磁打点计时器在纸带上打下一系列的点，已知电源频率为50 Hz。

（1）实验中打出的纸带如图2所示，并已将测得的各计数点的间距标在图上，则应选_________段计算A的碰前速度；应选_________段计算A、B碰后的共同速度（选填：“BC”、“CD”或“DE”）；

（2）已测得小车A的质量m1＝0.40 kg，小车B的质量m2＝0.20 kg，由以上相关数据可得：碰前m1v1＝_________kg·m/s；碰后（m1＋m2）v2＝__________kg·m/s；（计算结果均保留两位有效数字）

（3）根据上述计算结果，可得出的实验结论为________。

4．（2022·全国·高一专题练习）“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）

5．（2021·山东青岛·高一期末）某物理兴趣小组利用如图甲所示的装置验证动量守恒定律。在光滑水平平台上的A点放置一个光电门，当地重力加速度大小为g实验步骤如下：

A．在小滑块a上固定一个宽度为d的窄挡光片；

B．用天平分别测出小滑块a（含挡光片）和小球b的质量、；

C．在a和b间用细线连接，中间夹一被压缩了的轻短弹簧，静止放置在平台上；

D．烧断细线后，a、b瞬间被弹开，向相反方向运动；

E.记录滑块a通过光电门时挡光片的遮光时间

F.小球b从平台边缘飞出后，落在水平地面的B点，用刻度尺测出平台距水平地面的高度h及平台边缘铅垂线与B点之间的水平距离s；

G.改变弹簧压缩量，进行多次测量。

（1）用米尺测量三块挡光片的宽度，如图乙。则每块挡光片的宽度为d=__________；

（2）该实验要验证“动量守恒定律”，则只需验证两物体a、b弹开后的动量大小相等，即a的动量大小__________等于b的动量大小__________（用上述实验所涉及物理量的字母表示）

6．（2021·河北·大名县第一中学高一阶段练习）用如图所示的装置验证碰撞过程中动量守恒。气垫导轨左端固定弹射装置，滑块甲压缩弹射装置并被锁定，滑块乙静置于光电门1与光电门2之间。滑块甲（含挡光片）质量用m1表示，滑块乙（含挡光片）质量用m2表示，滑块甲和乙上的挡光片宽度相同用L表示。调平导轨并充气，解除弹射装置锁定，测得滑块甲第一次通过光电门1的时间为t0，第二次通过光电门1的时间为t1，滑块乙第一次通过光电门2的时间为t2

（1）滑块甲和乙碰撞前总动量大小的表达式是___________。（用上述物理量符号表示）

（2）要验证滑块甲和乙碰撞过程中动量守恒，三个物理量m1、m2和L中，必须要测量的有___________。

（3）若等式___________成立，则可验证滑块甲和乙碰撞过程中动量守恒。（用上述物理量符号表示）

7．（2021·广东·高一期中）如图，让小球从斜槽滚下，用描点的方法画出小球平抛的轨迹，回答问题：

（1）斜槽安装：实验中必须调整斜槽末端___________；

（2）方木板固定：方木板必须处于___________，固定时要用重锤线检查坐标纸竖线是否竖直；

（3）小球释放：小球每次必须从斜槽上________位置由静止滚下，小球开始滚下的位置高度要适中，以使小球平抛运动的轨迹由坐标纸的左上角一直到达右下角为宜；

（4）实验时，除了木板、小球、斜槽、铅笔、重锤线、图钉之外，下列器材中还需要的有________；

A．秒表       B．坐标纸       C．天平       D．弹簧测力计

（5）某同学用根据实验结果在坐标纸上描出了小钢球水平抛出后的后半部分运动轨迹如图乙所示，已知重力加速度为g。

①在轨迹上取A、B、C三点，和的水平间距相等且均为x，测得和的竖直间距分别是和，则___________（选填“>”、“=”或者“<＂）。

②小钢球平抛运动的初速度_______。（用x、、、g表示）

8．（2021·重庆八中高一期末）如图所示，在“验证动量守恒定律”实验中，A、B两球半径相同。先让质量为的A球从斜槽上某一固定位置由静止开始滚下，从轨道末端抛出，落到位于水平地面的复写纸上，在下面的白纸上留下痕迹。重复上述操作次。再把质量为的B球放在水平轨道末端，让A球仍从位置由静止滚下，A球和B球碰撞后，分别在白纸上留下各自的落点痕迹，重复操作次。、、为三个落点的平均位置，未放B球时，A球的落点是点，点是轨道末端在记录纸上的竖直投影点，如图所示。

（1）本实验必须测量的物理量有________两项。

A．斜槽轨道末端到水平地面的高度

B．小球A、B的质量、

C．小球A、B的半径

D．小球A、B离开斜槽轨道末端后平抛飞行的时间

E．记录纸上点到、、各点的距离、、

（2）为测定未放小球B时，小球A落点的平均位置，把刻度尺的等刻度线跟记录纸上的点对齐，图中给出了小球A落点附近的情况，由图可得距离应为________；

（3）已知A、B两个小球的质量分别为、三个落点位置与点距离分别为、、。在实验误差允许范围内，若满足关系式________则可认为两球碰撞前后的动量守恒。

9．（2021·辽宁·高一期末）如图所示的装置是“冲击摆”，摆锤的质量很大，子弹以初速度从水平方向射入摆中并留在其中，随摆锤一起摆动。

（1）子弹射入摆锤后，要得到子弹和摆锤一起运动的初速度，需要测量的物理量有__________。

A．子弹的质量

B．摆锤的质量

C．冲击摆的摆长

D．摆锤摆动时摆线的最大摆角

（2）用问题（1）中测量的物理量，应用所学的物理知识可以得出子弹和摆锤一起运动的初速度__________；

（3）通过表达式____________，即可验证子弹与摆锤作用过程中的不变量（用已知量和测量量的符号、、、表示）。

10．（2022·全国·高一专题练习）某实验小组利用如图（a）所示的实验装置验证动量守恒定律。实验的主要步骤如下：

①用游标卡尺测量小球A、B的直径d，其示数如图（b）所示，用天平测量小球A、B的质量分别为m1、m2；

②用两条细线分别将球A、B悬挂于同一水平高度，自然下垂时两球恰好相切，球心位于同一水平线上；

③将球A向左拉起使其悬线与竖直方向的夹角为α时由静止释放，与球B碰撞后，测得球A向左摆到最高点时其悬线与竖直方向的夹角为θ1，球B向右摆到最高点时其悬线与竖直方向的夹角为θ2。

回答下列问题：

（1）小球的直径d=___________cm；

（2）为保证A碰撞后向左摆动，则A、B两球质量应满足m1________m2（填“>”、“<”或“=”）；

（3）若两球碰撞前后动量守恒，则___________（用③中测量的量表示）；

（4）若两球碰撞为弹性碰撞，机械能守恒，则___________（用③中测量的量表示）。

二、提升训练

11．（2021·四川·攀枝花市第三高级中学校高一期末）某同学用如图甲所示的装置，探究两个完全相同的弹性小球碰撞过程的规律，进行了下列操作步骤：

（i）将小球Q静置于水平桌面边缘上的B点；

（ii）从B点悬挂一铅垂线，恰好指向地面的D点；

（iii）小球P用不可伸长的轻质细绳悬于O点，当小球P摆到O点正下方的C点时恰好与桌面接触但无压力；

（iv）在悬点O、小球P、Q所在竖直面的背面固定一块可显示高度的竖直背景板，背景板底边与水平桌面平行；

（v）现将P球拉至A点由静止释放，到达C点时刚好与小球Q碰撞，小球Q平抛落至地面；

（vi）该同学测得A点到桌面的高度H、桌面到地面的高度h及小球Q平抛的水平位移x。

请回答以下问题：

（1）若用mm刻度尺测小球的直径d如图乙所示，则d=______cm；

（2）测量小球P下降的高度时，应该以球处在释放位置A点时球的______（选填“上边沿”、“下边沿”或“球心”）到桌面的距离为小球下降的高度H；

（3）思考发现，测小球直径并非必要步骤，要使P、Q两球对心正碰，只要让悬点O、小球P、Q均位于______内；

（4）实验中改变H，进行几次实验，测量每次H和x的数值，得到如图丙所示的图线，则在误差允许范围内，该图线的斜率k=______（用题中所给字母表示）时可以认为碰撞过程中系统动量、动能均守恒。

12．（2022·全国·高一课时练习）如图甲所示的装置叫作“阿特伍德机”，是英国数学家和物理学家阿特伍德创制的一种著名力学实验装置，用来研究匀变速直线运动的规律。某同学对该装置加以改进后用来验证机械能守恒定律和动量守恒定律，如图乙所示。已知当地重力加速度为g。

（1）实验时,该同学用游标卡尺测量挡光片的宽度d，如图丙所示，则d=____cm。然后将质量均为M（A的含挡光片）的重物A、B用绳连接后，跨放在定滑轮上，处于静止状态，测量出______（选填“A的上表面”“A的下表面”或“挡光片中心”）到光电门中心的竖直距离h。

（2）为了验证动量守恒定律，该同学让A在水平桌面上处于静止状态，将B从原静止位置竖直抬高H后由静止释放，直到光电门记录下挡光片挡光的时间为t2（重物B未接触桌面），则验证绳绷紧过程中系统沿绳方向动量守恒的表达式为__。

13．（2021·吉林·长岭县第三中学高一阶段练习）利用“类牛顿摆”验证碰撞过程中的动量守恒定律。实验器材：两个半径相同的球1和球2，细线若干，坐标纸，刻度尺。实验步骤：

（1）测量小球1、2的质量分别为m1、m2，将小球各用两细线悬挂于水平支架上，各悬点位于同一水平面，如图甲；

（2）将坐标纸竖直固定在一个水平支架上，使坐标纸与小球运动平面平行且尽量靠近。坐标纸每一小格是边长为d的正方形。将小球1拉至某一位置A，由静止释放，垂直坐标纸方向用手机高速连拍；

（3）分析连拍照片得出，球1从A点由静止释放，在最低点与球2发生水平方向的正碰，球1反弹后到达最高位置为B，球2向左摆动的最高位置为C，如图乙。已知重力加速度为g，碰前球1的动量大小为___________。若满足关系式___________，则验证碰撞中动量守恒；

（4）与用一根细线悬挂小球相比，本实验采用双线摆的优点是：___________；

（5）球1在最低点与静止的球2水平正碰后，球1向右反弹摆动，球2向左摆动。若为弹性碰撞，则可判断球1的质量___________球2的质量（填写“大于”、“等于”或“小于”）；若为非弹性碰撞，则___________（填“能”或“不能”）比较两球质量大小？

14．（2021·吉林·洮南市第一中学高一阶段练习）在“验证动量守恒定律”实验中，实验装置如图所示，按照以下步骤进行操作：

①在平木板表面钉上白纸和复写纸，并将该木板竖直立于紧靠槽口处，将小球a从斜槽轨道上固定点处由静止释放，撞到木板并在白纸上留下痕迹O；

②将木板水平向右移动一定距离并固定，再将小球a从固定点处由静止释放，撞到木板上得到痕迹B；

③把小球b静止放在斜槽轨道水平段的最右端，让小球a仍从固定点处由静止释放，和小球b相碰后，两球撞在木板上得到痕迹A和C。

（1）下列措施可减小实验误差的是_______。

A．斜槽轨道必须是光滑的

B．每次实验均重复几次后，再记录平均落点

C．a球和b球的半径和质量满足ra=rb和ma<mb

（2）为完成本实验，必须测量的物理量有_______。

A．a球开始释放的高度h

B．木板水平向右移动的距离L

C．a球和b球的质量m a、m b

D．O点到A、B、C三点的距离y1、y2、y3

（3）只要验证等式_______________________成立，即表示碰撞中动量守恒。[用（2）中测量的物理量表示]

15．（2018·四川·树德中学高一期末）为了验证碰撞中的动量是否守恒和检验两个小球的碰懂是否为弹性碰撞，某同学选取了两个体积相同，质量不等的小球，按下述步骤进行实验：

①用天平测出两个小球的质量分别为m1和m2，且m1＞m2；

②按照如图所示的那样，安装好实验装置。将斜槽AB固定在桌边，使槽的末端点的切线水平，将一斜面BC连接在斜槽末端；

③先不放小球m2，让小球m1从斜橹顶端A处由静止开始滚下，记下小球在斜面上的落点位置；

④将小球放在斜前端边缘处，让小球m1从斜顶端A处滚下，使它们发生碰撞，记下小球m1和小球m2在斜面上的落点位置。

⑤用毫米刻度尺量出各个落点位置到斜槽末端点B的距离.图中D、E、F点是该同学记下的小球在斜面上的几个落点位置，到B点的距离分别为。

根据该同学的实验，回答下列问题：

（1）小球m1与m2发生碰撞后，m1的落点是图中的_______，m2的落点是图中的______；

（2）用测得的物理量来表示，只要满足关系式_________，则说明碰撞中动量是守恒的.（结果用m1、m2、来表示）

（3）用测得的物理量来表示，只要再满足关系式____________，说明两小球的碰撞是弹性碰撞（结果用m1、m2、来表示）。

16．（2019·河南许昌·高一期末）某同学用如图所示的装置“验证动量守恒定律”，实验前，用水平仪先将光滑操作台的台面调为水平。其实验步骤如下：

A．用天平测出滑块A、B的质量、；

B．用细线将滑块A、B连接，使A、B间的轻弹簧处于压缩状态；

C．剪断细线，滑块A、B离开弹簧后，均沿光滑操作台的台面运动，最后都滑落台面，记录A、B滑块的落地点、；

D．用刻度尺测出水平地面的落地点、距操作台边缘的水平距离、；

E.用刻度尺测出操作台面距水平地面的高度；

F.查找当地的重力加速度大小为。

根据其实验步骤，回答下列问题：

（1）如果滑块A、B组成的系统水平方向动量守恒，须满足的关系是___________（用测量量表示）；

（2）如果滑块A、B组成的系统水平动量守恒，则在步骤D中，若测量出，那么A、B的质量关系___________（选填“”“”或“”）；

（3）该装置也可以验证机械能守恒定律。已知剪断细线前，弹簧的弹性势能为。如果滑块A、B和弹簧组成的系统机械能守恒，须满足的关系是___________（用测量量表示）。

17．（2022·全国·高一专题练习）某同学利用图甲所示装置验证动量守恒定律。主要实验步骤如下：

Ⅰ.沿实验桌左右移动垫块，直至接通交流电源后，轻推小车A，与小车相连的纸带上打出一系列分布均匀的点迹（相邻两点间的间距相等），断开电源；

Ⅱ.将小车B（未画出，与小车A完全相同）静置于长木板上的P处，并将适量砝码放在小车B中；

Ⅲ.接通电源，沿木板方向向下轻推一下小车A，使小车A获得一初速度，两车碰撞后粘在一起，打点计时器打出一系列的点迹，如图乙所示；

Ⅳ.用天平测得小车A的质量为200g，小车B与砝码的总质量为220g。

（1）在步骤Ⅰ中，要求纸带上打出的点迹分布均匀的原因是_________。

（2）已知打点计时器所接交流电源的频率为50Hz，则碰撞前瞬间系统的总动量p1＝________kg·m/s（结果保留三位有效数字），碰撞后瞬间系统的总动量p2＝________kg·m/s（结果保留三位有效数字）；若在实验误差允许的范围内，满足________，则动量守恒定律得到验证。

18．（2022·浙江·绍兴市柯桥区教师发展中心高一期末）在“探究碰撞中的不变量”实验中，通过碰撞后做平抛运动测量速度的方法来进行实验，实验装置如图甲所示，实验原理如图乙所示。

（1）实验室有如下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）小球释放后落在复写纸上会在白纸上留下印迹。多次试验，白纸上留下了10个印迹，如果用画圆法确定小球的落点P，图丙中画的三个圆最合理的是_____；

A．A          B．B          C．C

（3）关于本实验，下列说法正确的是________；

A．小球每次都必须从斜槽上的同一位置静止释放          B．必须测量出斜槽末端到水平地面的高度

C．实验中需要用到重垂线                    D．斜槽必须足够光滑且末端保持水平

（4）若两球发生弹性碰撞，用刻度尺测量M、P、N距O点的距离、、，及第（1）题结论，通过验证等式___________（用题中所给字母表示）是否成立，从而验证动量守恒定律；

（5）若两球发生弹性碰撞，则下列式子成立的是___________；

A．          B．          C．

（6）某同学通过测量和计算发现，两小球碰撞时动量守恒，但有机械能损失，并得到图丁所示的落点痕迹，由此可以判断出图丁中的P点是：___________。

A．未放被碰小球，入射小球的落地点

B．入射小球碰撞后的落地点

C．被碰小球碰撞后的落地点