高中物理教科版 (2019)选择性必修 第一册1 动量优秀课堂检测

课时把关练

第4节 实验：验证动量守恒定律

1. 某同学用图甲所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来验证动量守恒定律，图中CQ是斜槽，QR为水平槽，二者平滑相接，调节实验装置，使小球放在QR上时恰能保持静止，实验时先使A球从斜槽上某一固定位置G由静止开始滚下，落到位于水平地面上的记录纸上，留下痕迹．重复上述操作10次，得到10个落点痕迹．然后把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让A球仍从位置G由静止开始滚下，和B球碰撞后，A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹．重复这种操作10次．

图甲中O是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点，P为未放被碰球B时A球的平均落点，M为与B球碰后A球的平均落点，N为被碰球B的平均落点．若B球落点痕迹如图乙所示，其中米尺水平放置，且平行于OP.米尺的零点与O点对齐．

(1)入射球A的质量和被碰球B的质量的关系是________(选填“”“”或“＝”)．

(2)碰撞后B球的水平射程约为________cm.

(3)下列选项中，属于本次实验必须测量的是________(填选项前的字母)．

A．水平槽上未放B球时，测量A球平均落点位置到O点的距离

B．A球与B球碰撞后，测量A球平均落点位置到O点的距离

C．测量A球或B球的直径

D．测量A球和B球的质量

E．测量G点相对于水平槽面的高度

(4)若系统动量守恒，则应有关系式：________________________________________.

 2.某同学利用气垫导轨做“验证动量守恒定律”的实验，气垫导轨装置如图所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架、光电门等组成．

(1)下面是实验的主要步骤：

①安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；

②向气垫导轨通入压缩空气；

③接通数字计时器；

④把滑块2静止放在气垫导轨的中间；

⑤滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；

⑥释放滑块1，滑块1通过光电门1后与左侧带有固定弹簧(未画出)的滑块2碰撞，碰后滑块2和滑块1依次通过光电门2，两滑块通过光电门2后依次被制动；

⑦读出滑块通过光电门的挡光时间分别为：滑块1通过光电门1的挡光时间＝10.01 ms，通过光电门2的挡光时间＝49.99 ms，滑块2通过光电门2的挡光时间＝8.35 ms；

⑧测出挡光板的宽度5 mm，测得滑块1的质量为＝300 g，滑块2(包括弹簧)的质量为＝200 g.

(2)数据处理与实验结论：

①实验中气垫导轨的作用是：

A.________________________________________________________________________；

B.________________________________________________________________________.

②碰撞前滑块1的速度为__________ m/s；碰撞后滑块1的速度为__________ m/s；碰撞后滑块2的速度为__________ m/s；(结果均保留两位有效数字)

③碰撞前系统的总动量为＝________.

碰撞后系统的总动量为＝________.

由此可得实验结论：__________________________________.

3．小丽做“验证动量守恒定律”实验，其实验思路如下：在一端带有滑轮的长铝板上一辆运动小车A跟一辆静止小车B碰撞，碰后两车一起运动，通过对必要物理量的测量，计算出碰撞前小车A运动时的动量P和碰后两车一起运动时的动量P'，比较P与P'的大小；改变两车的质量，多次实验，分别比较P与P´的大小，从而验证动量守恒定律。根据小丽的实验思路回答下列问题：

（1）实验台上老师已经摆放了如图甲所示的器材，为完成实验还需要的器材是___________；

A．秒表      

B．天平和砝码      

C．电火花计时器      

D．一端系有小桶的长细线

（2）关于本实验，下列说法正确的是___________；

A.应保证A、B两车的质量尽可能相等

B.运动小车A的质量必须大于静止小车B的质量

C.实验时应调整长铝板的倾斜程度以平衡小车所受的阻力

D.每次改变小车质量进行实验时应重新调整长铝板的倾斜程度

（3）如图是小丽某次实验得到的两小车碰撞前后运动情况的纸带，小丽应选择图中纸带上___________（选填“AB ”“BC ”或“CD ”）段计算碰后两小车一起运动的速度，若打点计时器打点频率为50Hz，则该速度大小为_________m/s。（结果保留两位有效数字）

4. 利用如图所示的装置做“验证动量守恒定律”的实验，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球球心的距离为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球释放后摆动到最低点时恰与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，白纸上记录了多个B球的落点，重力加速度为g.(悬线长远大于小球半径)

(1)图中x应是B球初始位置到________的水平距离．

(2)为了验证动量守恒，应测得的物理量有________________．

(3)用测得的物理量表示(vA为A球与B球刚要相碰前A球的速度，vA′为A球与B球刚相碰后A球的速度，vB′为A球与B球刚相碰后B球的速度)：mAvA＝________________；

＝_________；mBvB′＝________________.

课时把关练

第4节 实验：验证动量守恒定律

参考答案

1. (1)(2)　(3)ABD　(4)

解析:(1)要使两球碰后都向右运动，A球质量应大于B球质量，即

(2)将10个点圈在圆内的最小圆的圆心为平均落点，可由米尺测得碰撞后B球的水平射程约为64.7 cm.

(3)从同一高度做平抛运动，飞行的时间t相同，而水平方向为匀速直线运动，故水平位移，所以只要测出小球飞行的水平位移，就可以用水平位移的测量值代替平抛初速度．故需测出未放B球时A球飞行的水平距离OP和碰后A、B球飞行的水平距离OM和ON，及A、B两球的质量，故A、B、D正确．

(4)若动量守恒，需验证的关系式为mAvA＝mAvA′＋mBvB′，

将vA＝，vA′＝，vB′＝代入上式得mA·OP＝mA·OM＋mB·ON.

2.见解析

解析:(2)①A.大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差．

B．保证两个滑块的碰撞是一维的．

②滑块1碰撞之前的速度v1＝＝ m/s≈0.50 m/s；

滑块1碰撞之后的速度

v2＝＝ m/s≈0.10 m/s；

滑块2碰撞之后的速度v3＝＝ m/s≈0.60 m/s；

③系统碰撞之前＝0.15 kg·m/s，系统碰撞之后0.15 kg·m/s.

通过实验结果，可得结论：在实验误差允许的范围内，两滑块相互作用的过程，系统的动量守恒．

3．（1）BC   （2） C   （3） CD    0.033   

解析：（1）实验研究的是碰前和碰后动量是否守恒，所以需要天平和砝码测质量，需要通过小车后面的纸带测速度，则需要打点计时器，所以不需要秒表，小车不需要牵引，即不需要一端系有小桶的长细线。

故选BC。

（2）动量是质量和速度的乘积，只要能衡量动量是否相等即可，所以不需要应保证A、B两车的质量相等，A错误；

根据实验原理可知，本实验中不需要满足小车A的质量大于小车B的质量，B错误；

为保证碰撞前后小车匀速直线运动且碰撞过程中动量守恒，因此试验中需要平衡摩擦力，但是平衡完成后，每次改变小车质量进行实验时不需重新平衡，D错误C正确。

（3） 推动小车由静止开始运动，故小车有个加速过程，在碰撞前做匀速直线运动，即在相同的时间内通过的位移相同，故AB段为匀速运动的阶段，故选AB计算碰前的速度；碰撞过程是一个变速运动的过程，而A和B碰后的共同运动时做匀速直线运动，故在相同的时间内通过相同的位移，故应选CD段来计算碰后共同的速度

打点计时器打点频率为50Hz，CD之间的时间间隔为

CD之间的距离为

则该速度大小

4. (1)B球平均落点　(2)mA、mB、α、β、H、L、x(3)mA　mA　mBx

解析：小球A在碰撞前、碰撞后的两次摆动过程，均满足机械能守恒定律．小球B在碰撞后做平抛运动，则x应为B球的平均落点到其初始位置的水平距离．碰撞前对A，由机械能守恒定律得

mAgL(1－cos α)＝mAvA2，

则：mAvA＝mA.

碰撞后对A，由机械能守恒定律得

mAgL(1－cos β)＝mAvA′2，

则：mAvA′＝mA.

碰后B做平抛运动，

有x＝vB′t，H＝gt2.

所以mBvB′＝mBx.

故要得到碰撞前后的动量，要测量的物理量有mA、mB、α、β、H、L、x.