实验特训8 验证动量守恒定律(原卷版)-2025高考物理一轮新题型综合特训(上海专用)
展开一、实验题
1.图甲是验证动量守恒定律的装置,气垫导轨上安装了1、2两个光电门,两滑块上均固定一相同的竖直遮光条
(1)用游标卡尺测得遮光条的宽度如图乙所示,其读数为 cm;
(2)实验前,接通气源后,在导轨上轻放一个滑块,给滑块一初速度,使它从轨道左端向右运动,发现滑块通过光电门1的时间小于通过光电门2的时间。为使导轨水平,可调节Q使轨道右端 (选填“升高”或“降低”)一些;
(3)测出滑块A和遮光条的总质量为,滑块B和遮光条的总质量为。将滑块A静置于两光电门之间,将滑块B静置于光电门2右侧,推动B,使其获得水平向左的速度,经过光电门2并与A发生碰撞且被弹回,再次经过光电门2。光电门2先后记录的挡光时间为、,光电门1记录的挡光时间为。小明想用上述物理量验证该碰撞过程动量守恒,则他要验证的关系式是 ;小徐猜想该碰撞是弹性碰撞,他用了一个只包含、和的关系式来验证自己的猜想,则他要验证的关系式是 。
2.某实验小组同学研究两个小球在轨道末端碰撞前后的动量关系,实验装置如图所示,斜槽与水平槽圆滑连接。安装好实验装置,在地上铺一张白纸,白纸上铺放复写纸,记下重锤线所指的位置O。
步骤1:不放小球b,让小球a从斜槽上某固定位置由静止滚下,并落在地面上,重复多次,用尽可能小的圆,把小球的所有落点圈在里面,其圆心就是小球落点的平均上位置B;
步骤2:把小球b轻放在斜槽末端边缘,让小球a从相同位置由静止滚下,与小球b发生碰撞,重复多次,并使用与步骤1同样的方法分别标出碰撞后两小球落点的平均位置A、C;
步骤3:用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置A、B、C离O点的距离,即线段OA、OB、OC的长度。已知小球a质量为m1、小球b质量为m2。
(1)在本实验中,下列是产生误差的主要原因的是 。
A.斜槽的末端没有调整至水平状态
B.小球在斜槽中运动时会受到摩擦力作用
C.小球a每次由静止释放时的位置不固定
D.测量平均落点到O点的线段长度时有误差
(2)完成上述实验需小球a和小球b质量大小关系为m1 m2(填“大于”“等于”或“小于”)。
(3)若等式 在误差范围内成立,则说明碰撞前后系统动量守恒;若想用该实验测得的数据进一步判断两球碰撞过程中机械能是否守恒,判断的依据可以是:等式“OB+OA=OC”在误差允许的范围内成立,该依据 (填“正确”或“错误”)。
3.某同学用如图所示的装置,通过A、B两球的碰撞来验证动量守恒定律。
(1)在以下测量工具中,本实验必须使用的是 。
A.刻度尺 B.游标卡尺 C.秒表 D.天平
(2)实验中需要满足的条件是 。
A.斜槽轨道的末端切线必须水平
B.入射球A每次必须从轨道同一位置由静止释放
C.两球材质必须相同
D.两球质量应满足
E.两球半径应满足
(3)若小球的落点是N点,要验证小球与小球碰撞过程动量守恒应满足的关系是 。用、、OM、OP、ON表示
4.某同学用如图所示“碰撞实验器”验证动量守恒定律,即研究两个小球在轨道水平部分发生碰撞前后的动量关系:(设两个小球为弹性材料,发生弹性碰撞)
先用天平测出弹性小球1、2的质量分别为,然后完成以下实验步骤:
步骤1:不放小球2,让小球1从斜槽上A点由静止滚下,并落在地面上,记录落点位置;
步骤2:把小球2放在斜槽末端边缘位置B,让小球1从A点由静止滚下,小球1和小球2发生碰撞后落在地面上,记录两个落点位置;
步骤3:用刻度尺分别测量三个落地点的位置M、P、N离O点的距离,得到线段OM、OP、ON的长度分别为。
(1)对于上述实验操作,小球1质量应 小球2的质量(选填“大于”或“小于”)。
(2)当所测物理量满足表达式 (用所测物理量的字母表示)时,即说明两球碰撞遵守动量守恒定律。
(3)完成上述实验后,某实验小组对上述装置进行了改造,如图所示。
在水平槽末端与水平地面间放置了一个斜面,斜面的顶点与水平槽等高且无缝连接。使用同样的小球,小球1仍从斜槽上A点由静止滚下,重复实验步骤1和2的操作,得到斜面上三个落点、、。用刻度尺测量斜面顶点到、、三点的距离分别为。则验证两球碰撞过程动量守恒的表达式为: ,若,,则 。
5.用如图甲所示的“碰撞实验器”可验证两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量守恒定律。图甲中O点是小球抛出点在水平地面上的垂直投影。实验时,先让质量为的小球A多次从斜轨上位置G点由静止释放,找到其落点的平均位置P,测量平抛射程OP。然后,把质量为的小球B静置于轨道末端的水平部分,再将小球A从斜轨上位置G由静止释放,与小球B碰撞,如此重复多次,M、N为两球碰后的平均落点,重力加速度为g,回答下列问题:
(1)为了保证碰撞时小球A不反弹,两球的质量必须满足 (填“<”或“>”),为了保证两小球发生对心正碰,两小球的半径 (填“需相等”或“不需相等”),本实验 测量平抛运动的高度和时间(填“不需要”或“需要”)。
(2)若两球发生弹性碰撞,其表达式可表示为 (用OM、OP、ON表示)。
(3)若实验中得出的落点情况如图乙所示,假设碰撞过程中动量守恒,则入射小球A的质量与被碰小球B的质量之比为 。
6.碰撞的恢复系数的定义为 ,其中v10和v20分别是碰撞前两物体的速度,v1和v2分别是碰撞后两物体的速度。弹性碰撞的恢复系数e=1,非弹性碰撞的e<1。某同学借用验证动量守恒定律的实验装置(如图所示)验证弹性碰撞的恢复系数是否为1,实验中使用半径相同、质量不等的钢质小球1和2,它们之间的碰撞可近似视为弹性碰撞。 实验步骤如下:
安装好实验装置,做好测量前的准备,并记下重垂线所指的位置O。
第一步:不放小球2,让小球1从斜槽上A点由静止滚下,并落在地面上。重复多次,用尽可能小的圆把小球的所有落点圈在里面,其圆心就是小球落点的平均位置。
第二步:把小球2放在斜槽前端边缘处的C点,让小球1从A点由静止滚下,使它们碰撞。重复多次,并使用与第一步同样的方法分别标出碰撞后两小球落点的平均位置。
第三步:用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置离O点的距离,即线段OM、OP、ON的长度。
上述实验中,
(1)小球1的质量应 小球2的质量(选“小于”、“等于”、“大于”);
(2)恢复系数的表达式e = (选用实验中的测量OM、OP、ON等);
(3)三个落地点距O点的距离OM、OP、ON中与实验所用的小球质量无关是 。
7.“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)
8.某同学利用图甲所示的装置进行“验证动量守恒定律”的实验。在水平地面上依次铺上白纸、复写纸,记下小球抛出点在记录纸上的垂直投影点O。实验时,先调节轨道末端水平,使A球多次从斜轨上位置P静止释放,根据白纸上小球多次落点的痕迹找到其平均落地点的位置E。然后,把半径相同的B球静置于水平轨道的末端,再将A球从斜轨上位置P静止释放,与B球相碰后两球均落在水平地面上,多次重复上述A球与B球相碰的过程,根据小球在白纸上多次落点的痕迹(图乙为B球多次落点的痕迹)分别找到碰后两球落点的平均位置D和F。用刻度尺测量出水平射程OD、OE、OF。用天平测得A球的质量为mA,B球的质量为mB。
(1)关于实验器材,下列说法正确的是 ;
A.实验轨道必须光滑
B.该实验不需要秒表计时
C.A球的质量可以小于B球的质量
(2)关于实验操作,下列说法正确的是 ;
A.实验过程中白纸和复写纸可以随时调整位置
B.A球每次必须从同一位置由静止释放
C.B球的落点并不重合,说明该同学的实验操作出现了错误
(3)实验直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的,该同学认为可以“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”,这样做的依据是 。
(4)若满足关系式 ,则可以认为两球碰撞前后动量守恒(用所测物理量表示)。
(5)该同学做实验时所用小球的质量分别为mA=45g、mB=7.5g,丙图所示的实验记录纸上已标注了该实验的部分信息,若两球碰撞为弹性碰撞,请将碰后B球落点的位置标注在丙图中。
9.某实验小组采用如图所示的装置来验证动量守恒定律。主要实验步骤如下:
①安装仪器,并将木板一侧适当垫高以平衡摩擦力;
②将另一小车B(图甲中未画出)静置于P处,在小车B中放入适当质量的重物;
③接通电源,轻推一下,使小车A 沿木板向下运动,A、B碰撞后粘在一起运动,打出一条如图乙所示的纸带(图乙中的、均已测出);
(1)在步骤①中,平衡摩擦力的目的是 ;
(2)关于步骤①中平衡摩擦力的操作,下列最准确的是 (选填正确答案标号);
A.将小车轻放于木板上,小车静止不动
B.轻推一下小车,目测小车做匀速直线运动
C.将小车连上纸带,接通电源,轻推一下小车,在纸带上打出一系列点,纸带上点迹分布均匀
(3)在图乙中, (填“x1”或“x2”)段对应的点是两车碰撞前打出的;
(4)測得小车A的质量为m1,小车B的质量为m2,重物的质量为Δm,那么在误差允许的范围内满足关系式 (用m1、m2、Δm、x1、x2表示),则在碰撞过程中系统动量守恒。
10.某同学用如图所示的实验装置验证碰撞过程中动量守恒,图中a、b是两个半径相等的小球。实验步骤:
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斜槽轨道水平段槽口处,将小球a从斜槽轨道上某固定点由静止释放,撞到木板并在白纸上留下痕迹O;
②将木板向右平移一定距离并固定,再将小球a从固定点由静止释放,撞在木板上并在白纸上留下痕迹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仍从原固定点由静止释放,与小球b相碰,两球撞在木板上并在白纸上留下痕迹A和C。
回答下列问题:
(1)若碰撞过程中没有机械能损失,为了保证碰撞后a球向右运动,a、b两球的质量m1与m2的大小关系是m1 m2(选填“>”“=”或“<”)。
(2)必须测量的物理量有 。
A.小球a开始释放时离斜槽轨道水平面的高度h
B.木板水平向右移动的距离L
C.a球和b球的质量m1、m2
D.O点到A、B、C三点的竖直距离y1、y2、y3
(3)在实验误差允许范围内,若关系式 成立,则碰撞过程中动量守恒。(用(2)中所测量的物理量表示)
(4)若碰撞过程中有机械能损失,若(3)中的关系式成立, (选填“能”或“不能”)验证碰撞过程中动量守恒。
A的质量/kg
B的质量/kg
碰撞前A的速度大小/()
碰撞后A的速度大小/()
碰撞后B的速度大小/()
0.200
0.300
1.010
0.200
0.800
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