物理实验：验证动量守恒定律当堂检测题

这是一份物理实验：验证动量守恒定律当堂检测题，共23页。试卷主要包含了[实验原理创新]/例2，80m/s2）， 答案等内容，欢迎下载使用。
微专题目录
实验原理概述
实验方案设计
方案1：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
方案2：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
方案3：利用等长摆球完成一维碰撞实验
实验步骤概述
创新设计实验
例1.[实验原理创新]/例2.[实验目的创新]/例3.[实验器材创新]
针对训练
【基础题组】/【能力题组】
理论基础
一、实验原理概述
在一维碰撞的情况下，设两个物体的质量分别为m1、m2，碰撞前的速度分别为v1、v2，碰撞后的速度分别为v1′、v2′，若系统所受合外力为零，则系统的动量守恒，则m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′.
二、实验方案设计
方案1：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
(1)质量的测量：用天平测量．
(2)速度的测量：v＝eq \f(Δx,Δt)，式中的Δx为滑块上挡光板的宽度，Δt为数字计时显示器显示的滑块上的挡光板经过光电门的时间．
(3)碰撞情景的实现：如下图所示，利用弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥设计各种类型的碰撞，利用在滑块上加重物的方法改变碰撞物体的质量．
(4)器材：气垫导轨、数字计时器、滑块(带挡光板)两个、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥、天平．
【技巧点拨】
1．本实验碰撞前、后速度大小的测量采用极限法，v＝eq \f(Δx,Δt)＝eq \f(d,Δt)，其中d为挡光板的宽度．
2．注意速度的矢量性：规定一个正方向，碰撞前后滑块速度的方向跟正方向相同即为正值，跟正方向相反即为负值，比较m1v1＋m2v2与m1v1′＋m2v2′是否相等，应该把速度的正负号代入计算．
3．造成实验误差的主要原因是存在摩擦力．利用气垫导轨进行实验，调节时确保导轨水平．
方案2：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
如图甲所示，让一个质量较大的小球从斜槽上滚下来，与放在斜槽水平末端的另一质量较小的同样大小的小球发生碰撞，之后两小球都做平抛运动．
(1)质量的测量：用天平测量．
(2)速度的测量：由于两小球下落的高度相同，所以它们的飞行时间相等．如果以小球的飞行时间为单位时间，那么小球飞出的水平距离在数值上就等于它的水平速度．只要测出不放被碰小球时入射小球在空中飞出的水平距离s1，以及碰撞后入射小球与被碰小球在空中飞出的水平距离s1′和s2′，就可以表示出碰撞前后小球的速度．
(3)碰撞情景的实现：
①不放被碰小球，让入射小球m1从斜槽上某一位置由静止滚下，记录平抛的水平位移s1.
②在斜槽水平末端放上被碰小球m2，让m1从斜槽同一位置由静止滚下，记下两小球离开斜槽做平抛运动的水平位移s1′、s2′.
③验证m1s1与m1s1′＋m2s2′在误差允许范围内是否相等．
(4)器材：斜槽、两个大小相等而质量不等的小球、重垂线、白纸、复写纸、刻度尺、天平、圆规．
【技巧点拨】
本实验方案需要注意的事项：
(1)入射小球的质量m1大于被碰小球的质量m2(m1>m2)．
(2)入射小球半径等于被碰小球半径．
(3)入射小球每次必须从斜槽上同一高度处由静止滚下．
(4)斜槽末端的切线方向水平．
(5)为了减小误差，需要找到不放被碰小球及放被碰小球时小球落点的平均位置．为此，需要让入射小球从同一高度多次滚下，进行多次实验．
方案3：利用等长摆球完成一维碰撞实验
（1）测质量和直径：用天平测出小球的质量m1、m2，用游标卡尺测出小球的直径d.
（1）测角度：用量角器测量小球被拉起的角度和碰撞后两小球摆起的角度.
（3）碰撞情景的实现：
= 1 \* GB3 ①把小球用等长悬线悬挂起来，并用刻度尺测量悬线长度l.
= 2 \* GB3 ②一个小球静止，拉起另一个小球，放下时它们相碰.
（4）数据处理
①摆球速度的测量：v＝2gh，式中h为小球释放时（或碰撞后摆起）的高度，h可由摆角和摆长（l＋d2）计算出.
②验证的表达式：m1v1＝m1v'1＋m2v'2.
= 3 \* GB3 ③改变条件重复实验：a.改变小球被拉起的角度；b.改变摆长.
（5）实验器材
带细线的摆球（两套，等大不等重）、铁架台、天平、量角器、刻度尺、游标卡尺、胶布等.
三、实验步骤概述
不论哪种方案，实验过程均可按实验方案合理安排，参考步骤如下：
(1)用天平测出相关质量．
(2)安装实验装置．
(3)使物体发生一维碰撞，测量或读出相关物理量，计算相关速度，填入预先设计好的表格．
(4)改变碰撞条件，重复实验．
(5)通过对数据的分析处理，验证碰撞过程动量是否守恒．
(6)整理器材，结束实验.
创新设计实验
例1.[实验原理创新]一同学利用如图所示的斜槽轨道和两个由相同材料制成、表面粗糙程度相同的滑块A、B做“验证动量守恒定律”的实验.斜槽轨道由倾斜轨道和平直轨道组成，两部分间由一段圆弧平滑连接，在平直轨道上一侧固定有刻度尺.其操作步骤如下：
①将斜槽轨道放置在水平桌面上；
②用天平测得A、B两个滑块的质量分别为m1、m2；
③不放滑块B，使滑块A从倾斜轨道顶端P点由静止释放，滑块A最终静止在平直轨道上，记下滑块A静止时其右侧面对应的刻度x1；
④把滑块B放在平直轨道上，记下其左侧面对应的刻度x0；
⑤让滑块A仍从倾斜轨道顶端P点由静止释放，滑块A与滑块B发生碰撞后最终均静止在平直轨道上，记下最终滑块B静止时其左侧面对应的刻度x2、滑块A静止时其右侧面对应的刻度x3.
（1）实验中，必须满足的条件是________.
A.倾斜轨道光滑
B.平直轨道水平
C.滑块A的质量应大于滑块B的质量
D.同一组实验中，滑块A静止释放的位置可以不同
（2）实验中滑块A碰撞前的速度大小v0与_________成正比.
A.x1B.x1－x0 C.（x1－x0）2 D.x1－x0
（3）若关系式 m1x1－x0＝m1x3－x0＋m2x2－x0 成立，则可得出结论：滑块A、B碰撞过程动量守恒.若要进一步验证滑块A、B的碰撞是否为弹性碰撞，则应验证关系式 m1（x1－x0）＝m1（x3－x0）＋m2（x2－x0） 是否成立.（均用给定的物理量符号表示）
例2.[实验目的创新]某乒乓球爱好者，利用手机研究乒乓球与球台碰撞过程中能量损失的情况.实验步骤如下：
①固定好手机，打开录音功能；
②从一定高度由静止释放乒乓球；
③手机记录下乒乓球与台面碰撞的声音，其随时间（单位：s）的变化图像如图所示.
根据声音图像记录的碰撞次序及相应碰撞时刻，如下表所示.
根据实验数据，回答下列问题：
（1）利用碰撞时间间隔，计算出第3次碰撞后乒乓球的弹起高度为________m（保留2位有效数字，当地重力加速度g＝9.80m/s2）.
（2）设碰撞后弹起瞬间与该次碰撞前瞬间速度大小的比值为k，则每次碰撞损失的动能为碰撞前动能的________倍（用k表示），第3次碰撞过程中k＝____（保留2位有效数字）.
（3）由于存在空气阻力，第（1）问中计算的弹起高度_______（填“高于”或“低于”）实际弹起高度.
例3.[实验器材创新]某同学为了验证对心碰撞过程中的动量守恒定律，设计了如下实验：用纸板搭建如图所示的滑道，使硬币可以平滑地从斜面滑到水平面上，其中OA为水平段.选择相同材质的一元硬币和一角硬币进行实验.
测量硬币的质量，得到一元和一角硬币的质量分别为m1和m2（m1＞m2）.将硬币甲放置在斜面上某一位置，标记此位置为B.由静止释放甲，当甲停在水平面上某处时，测量甲从O点到停止处的滑行距离OP.将硬币乙放置在O处，左侧与O点重合，将甲放置于B点由静止释放.当两枚硬币发生碰撞后，分别测量甲、乙从O点到停止处的滑行距离OM和ON.保持释放位置不变，重复实验若干次，得到OP、OM、ON的平均值分别为s0、s1、s2.
（1）在本实验中，甲选用的是 ______（填“一元”或“一角”）硬币；
（2）碰撞前，甲到O点时速度的大小可表示为 _________（设硬币与纸板间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g）；
（3）若甲、乙碰撞过程中动量守恒，则s0－s1s2＝_________（用m1和m2表示），然后通过测得的具体数据验证硬币对心碰撞过程中动量是否守恒；
（4）由于存在某种系统或偶然误差，计算得到碰撞前后甲动量变化量大小与乙动量变化量大小的比值不是1，写出一条产生这种误差可能的原因：
【基础题组】
1．（单选）在同一竖直平面内，3个完全相同的小钢球（1号、2号、3号）悬挂于同一高度，静止时小球恰能接触且悬线平行，如图所示。在下列实验中，悬线始终保持绷紧状态，碰撞均为对心正碰。以下分析正确的是（ ）
A．将1号移至高度h释放，碰撞后，观察到2号静止、3号摆至高度h。若2号换成质量不同的小钢球，重复上述实验，3号仍能摆至高度h
B．将1、2号一起移至高度h释放，碰撞后，观察到1号静止，2、3号一起摆至高度h，释放后整个过程机械能和动量都守恒
C．将右侧涂胶的1号移至高度h释放，1、2号碰撞后粘在一起，根据机械能守恒，3号仍能摆至高度h
D．将1号和右侧涂胶的2号一起移至高度h释放，碰撞后，2、3号粘在一起向右运动，未能摆至高度h，释放后整个过程机械能和动量都不守恒
2．（单选）A、B两小物块在一水平长直气垫导轨上相碰，用频闪照相机每隔t时间连续拍照四次，拍得如图所示的照片，已知四次拍照时两小物块均在图示坐标范围内，不计两小物块的大小及碰撞过程所用的时间，则由此照片可判断（ ）
A．第一次拍照时物块A在55cm处，并且mA：mB＝1：3
B．第一次拍照时物块A在10cm处，并且mA：mB＝1：3
C．第一次拍照时物块A在55cm处，并且mA：mB＝1：5
D．第一次拍照时物块A在10cm处，并且mA：mB＝1：6
3．（单选）采用下图所示的实验装置进行验证动量守恒定律（图中小球半径相同、质量均已知，且mA＞mB），下列说法正确的是（ ）
A．实验中要求轨道末端必须保持水平
B．实验中要求轨道必须光滑
C．验证动量守恒定律，需测量OB、OM、OP和ON的距离
D．测量时发现N点偏离OMP这条直线，直接测量ON距离不影响实验结果
4．某同学用如图甲所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来寻找碰撞中的不变量，图中PQ是斜槽，QR为水平槽，实验时先使A球从斜槽上某一固定位置C由静止开始滚下，落到位于水平地面的记录纸上，留下痕迹，重复上述操作10次，得到10个落点痕迹，再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让A球仍从位置C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，图中O是水平槽末端口在记录纸上的垂直投影点，P、为未放被碰小球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．（注意MA＞MB）
（1）碰撞后B球的水平射程应为 _________ cm
（2）在以下选项中，哪些是本次实验必须进行的测量？答： ________ （填选项号）。
A．测量A球或B球的直径
B．测量A球和B球的质量
C．水平槽上未放B球时，测量A球落点位置到O点的距离
D．A球与B球碰撞后，测量A球落点位置到O点的距离
E．测量G点相对于水平槽面的高度
（3）、实验所需验证的表达式为：____________________________。
5．采用如图所示的装置验证动量守恒定律。将两个小球用细线悬挂起来，静止时两球相切，球心等高，两细线恰好竖直。保持细线伸直，将A球向左拉起，由静止开始释放，两球碰撞后，A球被反弹向左摆动。则：
（1）两球质量关系为mA _______ mB（选填“＞”、“＜”或“＝”）。
（2）取两球静止时球心处为参考面，测出A球向左拉起的最大高度h1；两球碰撞后，测出A球与B球第一次弹起分别能达到的最大高度h2和h3。本实验中能验证碰撞前后动量守恒的表达式为：___________________________（用上述物理量表示）。
（3）实验中所需要的测量仪器有：___________、____________。
（4）下列做法中对上面的验证动量守恒表达式有影响的是：___________。
A．起始小球在最低处静止时，细线长度略有不等，但两球心等高
B．起始小球在最低处静止时，两细线上端系在同一点上
C．A球开始释放时有一定的初速度
D．两球碰撞过程中有机械能损失
E．B球摆到最高点的位置记录不准确
6．某实验小组用如图所示的装置验证动量守恒定律。
（1）两小球应满足的关系是m1 _____ m2。（填“＞”或“＜”或“＝”）
（2）下列操作中有必要的是 ________。
A．实验前固定在桌边上的斜槽末端的切线要沿水平方向
B．实验中需要测量小球开始释放的高度h
C．实验中需要测量小球抛出点距地面的高度H
D．实验中需要测量小球做平抛运动的水平射程
（3）第一步：先从S处释放m1并多次重复找到落点P，并测出水平射程OP。第二步：将m2静置于轨道末端O′点，再从S处释放m1与m2发生对心碰撞，并多次重复后分别确定两球的水平射程OM和ON。若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为 _________________________（用图中字母表示）。
7．某实验小组采用如图所示的实验装置做“验证动量守恒定律”实验。在水平桌面上放置气垫导轨，导轨上安装光电计时器1和光电计时器2，带有遮光片的滑块A、B的质量分别为mA、mB，两遮光片的宽度均为d，实验过程如下：①调节气垫导轨成水平状态；②轻推滑块A，测得滑块A通过光电计时器1的遮光时间为t1；③滑块A与滑块B相碰后，滑块B和滑块A先后经过光电计时器2的遮光时间分别为t2和t3。
(1)实验中为确保两滑块碰撞后滑块A不反向运动，则mA、mB应满足的关系为mA________(填“大于”“等于”或“小于”)mB。
(2)碰前滑块A的速度大小为________。
(3)利用题中所给物理量的符号表示动量守恒定律成立的式子为_______________________。
【能力题组】
8．为了验证动量守恒定律（探究碰撞中的不变量），某同学选取了两个材质相同、体积不等的立方体滑块A和B，按下述步骤进行实验：
步骤1：在A、B的相撞面分别装上橡皮泥，以便二者相撞以后能够立刻结为整体；
步骤2：安装好实验装置如图1，铝质轨道槽的左端是倾斜槽，右端是长直水平槽。倾斜槽和水平槽由一小段
圆弧连接，轨道槽被固定在水平桌面上，在轨道槽的侧面与轨道等高且适当远处装一台数码频闪照相机；
步骤3：让滑块B静置于水平槽的某处，滑块A从斜槽某处由静止释放，同时开始频闪拍摄，直到A、B停止运动，得到一幅多次曝光的数码照片；
步骤4：多次重复步骤3，得到多幅照片，挑出其中最理想的一幅，打印出来，将刻度尺紧靠照片放置，如图2所示。
（1）由图分析可知，滑块A与滑块B碰撞发生的位置 _______。
①在P5、P6之间
②在P6处
③在P6、P7之间
（2）为了探究碰撞中动量是否守恒，需要直接测量或读取的物理量是 ______。
①A、B两个滑块的质量m1和m2
②滑块A释放时距桌面的高度
③频闪照相的周期
④照片尺寸和实际尺寸的比例
⑤照片上测得的s45、s56和s67、s78
⑥照片上测得的s34、s45、s56和s67、s78、s89
⑦滑块与桌面间的动摩擦因数
写出验证动量守恒的表达式： _______________________________________
9．用频闪照相方法探究碰撞中的守恒量，实验装置如图a所示，主要操作步骤如下：
①用天平测量A、B两个小球的质量；
②安装好实验装置，使斜槽末端水平；带有正方形方格的木板靠近斜槽竖直安装，且斜槽末端的重锤线和方格的竖线平行；
③将小球A从斜槽上挡板P处由静止释放，离开斜槽后，频闪照相机连续拍摄小球A的位置，如图b所示；
④将小球B放在斜槽末端，让小球A仍从P处由静止释放，两球发生正碰后，频闪照相机连续拍摄下两个小球的位置，如图c所示。
（1）为检验两球大小是否相同，用游标卡尺测量小球直径，如图d所示，则小球直径为____________cm.
（2）测得A、B的质量分别为4m、m，由图b、c可知，碰撞前后A、B总动量 _________（选填“守恒”或“不守恒”），总动能 _________（选填“相等”或“不相等”）。
（3）已知方格边长为L，频闪周期为T，根据图b、c还可以求出 ________。
A.A、B球碰撞前后速度大小
B.当地重力加速度g
C.A球在斜槽释放点高度
（4）实验中可能会引起误差的操作有 _______________;________________（写出两条）
（5）若在操作步骤③中得到A球的位置如图e，请提出改进意见 _____________________________。
10．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