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

这是一份人教版 (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，共21页。试卷主要包含了实验器材，实验步骤，实验数据记录与处理，实验结论，注意事项等内容，欢迎下载使用。

■知识点一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
一、实验器材：
二、实验步骤：
(1)用天平测量两滑块的质量m1、m2，填入预先设计好的表格中。
(2)安装光电门，使两个光电门之间的距离约为50cm。
(3)导轨通气后，调节气垫导轨水平，使滑块在气垫导轨上保持不动或匀速直线运动。
(4)使两滑块依次发生上图三种碰撞情况，计算滑块碰撞前后的速度。
(5)改变滑块质量，重复步骤(4)。
(6)整理实验仪器，数据处理，寻找守恒量。
三、实验数据记录与处理
mA＞mB , 运动滑块A撞击静止滑块B，mAv1=mAv2+mBv3
运动滑块A撞击静止滑块B，撞后两者粘在一起，mAv=(mA+mB)v共
两静止滑块被弹簧弹开，一个向左，一个向右，0=mAvA-mBvB
四、实验结论：在实验误差允许范围内，碰撞前后两个小车的动量守恒。
五、注意事项
保证是一维碰撞。
（2）气垫导轨是一种精度较高的现代化教学仪器。切忌振动、重压，严防碰伤和划伤，绝对禁止在不通气的情况下将滑行器在轨面上滑磨。调整水平时注意利用水平仪。
（3）由于碰撞的情形很多，猜想的不变量只有在各种方案中都不变才能符合要求，成为实验结论。
（4）考虑到速度的矢量性，记录数据时应规定正方向。若速度方向与规定的正方向相同，则速度取正值，若速度方向与规定方向相反，则取负值。
在实验误差允许范围内，系统不受外力。碰撞前后两个小车的动量守恒
■知识点二：用平抛演示仪装置验证动量守恒定律
一、实验器材：
二、实验步骤：
(1)先用天平称量出两个小球的质量m1、m2。
(2)安装好实验装置，注意使实验器的斜槽末端点的切线水平。
(3)在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸。
(4)在白纸上记下重垂线所指的位置 O，它表示入射小球 mA碰撞前球心的竖直投影点。
(5)先不放被碰小球，让入射小球从斜槽上同一位置处静止滚下，重复 10 次，用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面，圆心就是入射小球不碰撞时的落地点。
（6）把被碰小球放在斜槽轨道末端，让入射小球从同一位置静止滚下，使它们发生正碰，重复 10 次，同理求出入射小球落点的平均位置 M 和被碰小球落点的平均位置N。
三、实验数据记录与处理
四、实验结论
碰撞前两小球的动量之和等于碰撞后两小球的动量之和。
五、注意事项
（1）斜槽末端要切线要水平；
（2）每次小球下滑要从同一位置处由静止释放；
（3）要保证对心碰撞，两球必须大小相等；
（4）小球的诸多落点要用用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落点都圈在里面，该小圆的圆心即为小球的平均落点 ；
（5） 入射小球的质量mA和被碰小球的质量mB的大小关系是mA> mB 。
在实验误差允许范围内，碰撞前两小球的动量之和等于碰撞后两小球的动量之和
■知识点三：单摆测速验证动量守恒
一、实验器材：
二、实验步骤
(1)先用天平称量出两个小球的质量m1、m2。
(2)安装好实验装置，注意使两球球心在同一水平线上。
(3)现将A球拉开让细绳与竖直方向夹角为θ，然后将细绳由静止释放，然后让其与B球相撞，然后记下AB组合达到最高点时细绳与竖直方向的夹角β。
(4)记录对应的θ和β。
三、实验数据记录与处理
四、实验结论： 即碰撞前两小球的动量之和等于碰撞后两小球的动量之和。
即碰撞前两小球的动量之和等于碰撞后两小球的动量之和。
■知识点四：用打点计时器验证动量守恒
一、实验器材
二、实验步骤
1)先用天平称量出两个小车的质量m1、m2。
(2)安装好实验装置，注意使两小车重心在同一水平线上。
(3)将固定带有打点计时器的一端垫高，将小车放在轨道上，轻轻推动小车，让小车在轨道上做匀速直线运动。
(4)将纸带穿过打点计时器并固定在小车A的一端，让小车B静止的放置在木板上；
（5）先接通电源，再释放纸带，接着与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体继续运动；
（6)关闭电源，取下纸带，换上新纸带，重复步骤(4)(5)(6)，选出较理想的纸带如图乙所示；
三、实验数据记录与处理
四、实验结论：在实验误差允许范围内，碰撞前后两个小车的动量守恒。
考向一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
【例1】某同学用气垫导轨装置验证动量守恒定律，如图所示。其中、为两个光电门，它们与数字计时器相连。两个滑块A、B（包含挡光片）质量分别为、，当它们通过光电门时，计时器可测得挡光片被遮挡的时间。

（1）先调节气垫导轨，若 ，则说明气垫导轨已水平；
（2）将B静置于两光电门之间，将A置于光电门右侧，用手轻推一下A，使其向左运动，与B发生碰撞，为了使A碰后不返回，则 。（填“＞”、“＝”或“＜”）；
（3）在上述前提下，光电门记录的挡光时间为，滑块B、A先后通过光电门时，记录的挡光时间分别为、，为了减小误差，挡光片的宽度应选择 （填“窄”或者“宽”）的，已知两挡光片宽度相同，若、、、、满足 （写出关系式，用、、、、表示）则可验证动量守恒定律
【例2】在用气垫导轨研究“滑块碰撞时的动量守恒”的实验时，主要步骤如下，完成下列填空。
（1）开动气泵，调节气垫导轨，轻推滑块，当遮光片经过两个光电门的遮光时间 （选填“相同”或“不同”）时，可认为气垫导轨处于水平状态；
（2）用游标卡尺测得两相同遮光片的宽度均为d，用天平测得滑块M、N（含遮光片）的质量分别为、；
（3）令滑块M、N分别向右和向左运动，测得M经过A的遮光时间为、N经过B的遮光时间为；
（4）两滑块在AB间的某处发生碰撞后，滑块M、N的速度方向改变，再次测得两滑块上遮光片通过光电门的遮光时间分别为、；
（5）实验中，需要验证碰撞前的总动量等于碰撞后的总动量。已知，则 （用题中给出的物理量的符号表示）；
（6）某次测量得到的一组数据为：，，，，，，则 ；
考向二：用平抛演示仪装置验证动量守恒定律
【例3】如图所示，某实验小组用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球碰撞前后的动量关系。图中的O点为小球抛出点在记录纸上的垂直投影。实验时，先使1球多次从斜轨上某位置S由静止释放，找到其平均落地点的位置P。然后，把半径相同的2球静置于水平轨道的末端，再将1球从斜轨上位置S静止释放，与2球相碰后两球均落在水平地面上，多次重复上述1球与2球相碰的过程，分别找到碰后1球和2球落点的平均位置M和N。用刻度尺测量出水平射程OM、OP、ON。测得1球的质量为，B球的质量为。
（1）关于本实验，必须满足的条件是 。
A．斜槽轨道必须光滑以减少实验误差 B．斜槽轨道末端的切线必须水平
C．入射球和被碰球的质量必须相等 D．入射球每次必须从轨道的同一位置由静止释放
（2）本实验通过测量小球做平抛运动的水平射程来代替小球碰撞前后的速度，可行的依据是 。
A．运动过程中，小球的机械能保持不变
B．平抛运动的下落高度一定，运动时间相同，水平射程与速度大小成正比
（3）当满足表达式 时，即说明两球碰撞中动量守恒。（用所测物理量表示）
【例4】如图甲所示，用半径相同的A、B两球的碰撞可以验证“动量守恒定律”。实验时先让质量为m1的A球从斜槽上某一固定位置C由静止开始滚下，进入水平轨道后，从轨道末端水平抛出，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10次，得到10个落点痕迹。再把质量为m2的B球放在水平轨道末端，让A球仍从位置C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10次。如图乙所示，M、P、N为三个落点的平均位置，未放B球时，A球的落点是P点，O点是水平轨道末端在记录纸上的竖直投影点。

（1）本实验中，除了图中器材外，实验室还备有下列器材，完成本实验还必须使用的两种器材是 。
A．秒表、天平 B．天平、刻度尺 C．秒表、刻度尺 D．天平、打点计时器
（2）下列说法中正确的有 。
A．安装轨道时，轨道末端必须水平
B．实验前应该测出斜槽末端距地面的高度
C．实验过程中，复写纸可以移动，白纸不能移动
D．用半径尽量小的圆把10个落点圈起来，这个圆的圆心可视为小球落点的平均位置
（3）在某次实验中，测量出两个小球的质量m1、m2记录的落点平均位置M、N几乎与OP在同一条直线上，测量出三个落点位置与O点距离OM、OP、ON的长度。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在OP方向上的总动量守恒。（用测量的量表示）
（4）实验中小球斜槽之间存在摩擦力，这对实验结果 （选填“有”或“没有”）影响。
考向三：单摆测速验证动量守恒
【例5】某科学兴趣小组同学用如图所示的装置验证“动量守恒定律”。实验步骤如下：

①用细绳将大小相同、质量分别为mA和mB的小球A和B悬挂在天花板上；
②在A、B两球之间放入少量炸药，引爆炸药，两球反方向摆起，用量角器记录两细绳偏离竖直方向的最大夹角分别为；
试回答下列问题：
(1)实验中所用两细绳长度应 （填“相等”或“不相等”）。
(2)若两球爆炸过程动量守恒，应满足的表达式为 （用mA、mB、、表示）。
(3)另一小组同学用该实验装置想探究两小球间的碰撞是否是弹性碰撞，实验步骤如下：
①小球B竖直静止，将小球A拉起一定角度，由静止释放；
②小球A和小球B发生正碰之后，小球A被弹回，用量角器测出悬挂小球B的细绳能摆起的与竖直方向的
最大夹角；
③多次改变初始的值，使得悬挂小球B的细绳摆起的最大角度发生变化，记录多组、值，以为纵轴，为横轴，绘制图像；
④该小组实验中需保证两小球的质量满足：mA mB（选填“>”、“”、“m2 C．m1m2，故选B。
(2)为保证两球从同一高度做平抛运动，实验中要求斜槽轨道末端的切线要调成水平。为保证实验有较好的可重复性以减小误差，实验中要求入射球每次从同一高度滚下。本实验是探究碰撞前后物理量的变化情况，故不需要斜槽轨道必须光滑，故选A、C、D。
(3)本实验必须测量的是两小球质量m1和m2，入射球m1单独飞出的水平距离和两小球m1和m2相碰后各自飞出的水平距离。因小球脱离轨道口后做的是相同高度的平抛运动，因此两球碰后落地时间相等，两小球水平分运动的时间也相等，故可以利用水平距离的测量代替速度的测量，所以不需要测量桌面离地的高度及两小球碰后落地的时间。故选A、F、G。
(4)设m1＝3m，m2＝2m，则v1＝eq \f(OP,t)＝eq \f(43.50×10－2,t) m/s，m1v1＝eq \f(1.305m,t)
v′1＝eq \f(OM,t)＝eq \f(13.50×10－2,t) m/s，m1v′1＝eq \f(0.405m,t)，v2＝0，v′2＝eq \f(ON,t)＝eq \f(45.00×10－2,t) m/s，m2v′2＝eq \f(0.9m,t)，m1v′1＋m2v′2＝eq \f(1.305m,t)。所以m1v1＝m1v′1＋m2v′2，
故碰撞前后动量守恒。
【答案】（1）B （2）ACD （3）AFG （4）碰撞前后动量守恒
1
2
3
4
5
0.49
0.67
1.01
1.22
1.39
0.15
0.21
0.33
0.40
0.46
0.31
0.33
0.33
0.33