教科版 (2019)选择性必修 第一册4 实验：验证动量守恒定律达标测试

这是一份教科版 (2019)选择性必修 第一册4 实验：验证动量守恒定律达标测试，共4页。试卷主要包含了答案等内容，欢迎下载使用。

1．实验小组采用如图所示装置进行了动量守恒实验的验证．
(1)在木板表面先后钉上白纸和复写纸，并将木板竖直立于靠近槽口处，使小球A从斜槽轨道上某固定点C由静止释放，撞到木板并在白纸上留下痕迹O；
(2)将木板向右平移适当的距离固定，再使小球A从原固定点C由静止释放，撞到木板上得到痕迹P；
(3)把半径相同的小球B静止放在斜槽轨道水平段的最右端，让小球A仍从原固定点C由静止释放，与小球B相碰后，两球撞在木板上得到痕迹M和N；
(4)用刻度尺测量纸上O点到M、P、N三点的距离分别为y1、y2、y3.
请你写出用直接测量的物理量来验证两球碰撞过程中系统的动量守恒的表达式：________________________．(小球A、B的质量分别为m1、m2)
2．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，将两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，如图甲所示；
(2)将坐标纸竖直固定在一个竖直支架上，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，小球1从A点由静止释放，在最低点与小球2发生碰撞，碰撞前后小球1、2的速度均在水平方向的同一直线上，小球1反弹后到达的最高位置为B，小球2向左摆动的最高位置为C，如图乙所示．已知重力加速度为g，碰前小球1的动量大小为____________．若满足关系式____________，则验证碰撞中动量守恒．
3．如图，把两个大小相同、质量不等的金属球a、b用细线连接，中间夹一被压缩了的轻弹簧，置于水平桌面上，两球到桌边距离相等．剪断细线，观察两球的运动情况，进行必要的测量，可以探究两球相互作用过程中动量是否守恒．
(1)本实验必须测量的物理量是________．
A．桌面到水平地面的高度H
B．小球a、b的质量ma、mb
C．小球a、b的半径r
D．小球a、b离开桌面后空中飞行的时间t
E．记录纸上O1点到a球落地点A的距离O1A，O2点到b球落地点B的距离O2B
(2)用测得的物理量验证动量守恒的关系式是________________(用题中所给物理量符号表示).
(3)事实证明，空气阻力对球的运动影响可以忽略，但本实验中多次测量均发现质量大的球的动量略小于质量小的球的动量，造成这一结果的原因是________________________．
4．如图所示，用“碰撞实验器”可以验证碰撞中的动量守恒．实验时先让质量为m1的入射小球从斜槽轨道上某一固定位置S由静止开始滚下，从轨道末端O点水平抛出，落到与轨道O点连接的倾角为θ的斜面上，留下落点痕迹．再把质量为m2的被碰小球放在斜槽轨道末端，让入射小球仍从位置S由静止滚下，与被碰小球碰撞后，分别与斜面第一次碰撞留下各自的落点痕迹．M、P、N为三个落点的位置．(不考虑小球在斜面上的多次碰撞)
(1)实验中，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的．但是，可以通过仅测量________，间接地解决这个问题．
A．小球开始释放时的高度h
B．斜面的倾角θ
C．O点与各落点间的距离L
(2)以下提供的测量工具中，本实验必须使用的是________．
A．刻度尺 B．天平
C．量角器 D．秒表
(3)关于本实验，下列说法正确的是________．
A．斜槽轨道必须光滑，且入射小球每次释放的初位置必须相同
B．斜槽轨道末端必须水平
C．为保证入射小球碰后沿原方向运动，应满足入射小球的质量m1等于被碰小球的质量m2
(4)在实验误差允许范围内，若满足关系式________，则可以认为两球碰撞前后总动量守恒．
A.m1· eq \x\t(OP)＝m1· eq \x\t(OM)＋m2· eq \x\t(ON)
B．m1· eq \r(\x\t(OP))＝m1· eq \r(\x\t(OM))＋m2· eq \r(\x\t(ON))
C．m1· eq \r(\x\t(ON))＝m1· eq \r(\x\t(OP))＋m2· eq \r(\x\t(OM))
D．m1· eq \x\t(ON)＝m1· eq \x\t(OP)＋m2· eq \x\t(OM)
5.
某同学用如图甲所示的装置来验证动量守恒定律，该装置由水平长木板及固定在木板一端的硬币发射器组成，硬币发射器包括支架、弹片及弹片释放装置，释放弹片可将硬币以某一初速度弹出，已知一元硬币和五角硬币与长木板间动摩擦因数相同，主要实验步骤如下：
①将一元硬币置于发射槽口，释放弹片将硬币发射出去，硬币沿着长木板中心线运动，在长木板中心线的适当位置取一点O，测出硬币停止滑动时硬币右侧到O点的距离．再从同一位置释放弹片将硬币发射出去，重复多次，取该距离的平均值记为x1，如图乙所示；
②将五角硬币放在长木板上，使其左侧位于O点，并使其直径与中心线重合，按步骤①从同一位置释放弹片，重新弹射一元硬币，使两硬币碰撞前后的速度均沿长木板的中心线，重复多次，分别测出两硬币碰后停止滑行时到O点距离的平均值x2和x3，如图丙所示．
(1)为完成该实验，除长木板、硬币发射器、一元及五角硬币、刻度尺外，还需要的器材为____________________．
(2)实验中还需要测量的物理量为________．验证动量守恒定律的表达式为________________________________(用测量物理量对应的字母表示).
专项6 实验的改进与创新
1．答案：m1 eq \r(\f(1,y2))＝m1 eq \r(\f(1,y3))＋m2 eq \r(\f(1,y1))
解析：小球离开轨道后做平抛运动，设木板与抛出点之间的距离为x，由平抛运动规律知水平方向有x＝vt，竖直方向有h＝ eq \f(1,2)gt2，解得v＝x eq \r(\f(g,2h))，放小球B之前，小球A落在图中的P点，设A的水平初速度为v0，小球A和B发生碰撞后，球A的落点是图中的N点，设其水平初速度为v1，球B的落点是图中的M点，设其水平初速度为v2，小球碰撞的过程中若动量守恒，则m1v0＝m1v1＋m2v2，即m1·x eq \r(\f(g,2y2))＝m1·x eq \r(\f(g,2y3))＋m2·x eq \r(\f(g,2y1))，则验证两球碰撞过程中系统动量守恒表达式为m1 eq \r(\f(1,y2))＝m1 eq \r(\f(1,y3))＋m2 eq \r(\f(1,y1)).
2．答案：3m eq \r(2gd) 2m1＝m2
解析：(3)对小球1，根据动能定理得m1g·9d＝ eq \f(1,2)m1v eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) ，取水平向左为正方向，碰前动量为p1＝m1v1＝3m1 eq \r(2gd)；碰后小球1、2的速度分别为v′1＝－ eq \r(2gd)，v2＝2 eq \r(2gd)，如果动量守恒，则满足m1v1＝m1v′1＋m2v2，即2m1＝m2.
3．答案：(1)BE (2)maO1A＝mbO2B (3)摩擦力对质量大的球的冲量大
解析：(1)以水平向右为正方向，由动量守恒定律得mbvb－mava＝0，小球离开桌面后做平抛运动，由于球的半径相等、抛出点高度相同，球在空中做平抛运动的时间t相等，则mbvbt－mavat＝0，即mbO2B－maO1A＝0，实验需要验证的表达式为maO1A＝mbO2B，实验需要测量两小球的质量与小球做平抛运动的水平位移，故选B、E.
(2)由(1)可知，实验需要验证的表达式为maO1A＝mbO2B．
(3)小球与弹簧脱离后在桌面上运动过程受到摩擦力的作用，小球质量m越大，小球受到的摩擦力越大，其对质量大的球的冲量大，小球离开桌面时，质量大的球的动量小于质量小的球的动量，所以造成这一结果的原因是摩擦力对质量大的球的冲量大．
4．答案：(1)C (2)AB (3)B (4)B
解析：(1)小球做平抛运动，则tan θ＝ eq \f(\f(1,2)gt2,vt)＝ eq \f(gt,2v)，L cs θ＝vt，解得v＝ eq \r(\f(g cs θ,2tan θ))L∝ eq \r(L)，小球落到同一斜面上，则只要测得O点与各落点之间的距离L即可，故选C.
(2)实验中必须要测量落点到O点的距离，则需要刻度尺；要测量小球的质量，则需要天平，故选A、B.
(3)斜槽轨道是否光滑对实验的结果没有影响，入射小球每次释放的初位置相同，以保证到达斜槽底端的速度相同，故A错误；斜槽轨道末端必须水平，以保证小球做平抛运动，故B正确；为保证入射小球碰后沿原方向运动，应满足入射小球的质量m1大于被碰小球的质量m2，故C错误，故选B.
(4)实验要验证的关系是m1v0＝m1v1＋m2v2，由上述分析可知v∝ eq \r(L)，则表达式可表示为m1· eq \r(\x\t(OP))＝m1· eq \r(\x\t(OM))＋m2· eq \r(\x\t(ON))，故选B.
5．答案：(1)天平 (2)一元硬币及五角硬币的质量
m1 eq \r(x1)＝m1 eq \r(x2)＋m2 eq \r(x3)
解析：(1)动量为质量和速度的乘积，该实验要验证质量不等的两物体碰撞过程中动量守恒，需测量两物体的质量和碰撞前后的速度，因此除给定的器材外，还需要的器材为天平．
(2)测出一元硬币的质量m1、五角硬币的质量m2，一元硬币以速度v1被弹射出去后，由动能定理可得μm1gx1＝ eq \f(1,2)m1v eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) ，解得v1＝ eq \r(2μgx1)，当一元硬币以速度v1与五角硬币碰撞后，速度分别为v2、v3，由动能定理可得μm1gx2＝ eq \f(1,2)m1v eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(2)) ，μm2gx3＝ eq \f(1,2)m2v eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(3)) ，解得一元硬币碰后的速度v2＝ eq \r(2μgx2)，五角硬币碰后的速度为v3＝ eq \r(2μgx3)，若碰撞过程动量守恒，则需满足m1v1＝m1v2＋m2v3，联立可得m1 eq \r(x1)＝m1 eq \r(x2)＋m2 eq \r(x3).