物理选择性必修 第一册实验：验证动量守恒定律测试题

这是一份物理选择性必修 第一册实验：验证动量守恒定律测试题，共8页。

(1)图中的数据有AB、BC、CD、DE四段，计算小车A碰撞前的速度大小应选哪段？计算两车碰撞后的速度大小应选哪段？为什么？
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(2)若小车A的质量为0.4 kg，小车B的质量为0.2 kg，根据纸带数据，碰前两小车的总动量是多少？碰后两小车的总动量是多少？
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(3)由此可得出实验结论：______________________________________________。
2．某实验小组验证动量守恒定律的装置如图甲所示。
(1)选择两个半径相等的小球，其中一个小球有经过球心的孔，用游标卡尺测量两小球直径d，如图乙所示，则d＝________mm。
(2)用天平测出小球的质量，有孔的小球质量记为m1，另一个球记为m2；本实验中________(选填“需要”或“不需要”)满足m1>m2。
(3)将铁架台放置在水平桌面上，上端固定力传感器，通过数据采集器和计算机相连；将长约1米的细线穿过小球m1的小孔并挂在力传感器上，测出悬点到小球上边缘的距离L。
(4)将小球m2放在可升降平台上，调节平台位置和高度，保证两个小球能发生正碰；在地面上铺上复写纸和白纸，以显示小球m2落地点。
(5)拉起小球m1由某一特定位置静止释放，两个小球发生正碰，通过与力传感器连接的计算机实时显示拉力大小；读出拉力碰前和碰后的两个峰值。F1和F2通过推导可以得到m1碰撞前瞬间速度v1＝____________；同样方式可以得到m1碰撞后瞬间速度v3。(已知当地的重力加速度为g)
(6)测出小球m2做平抛运动的水平位移s和竖直位移h，已知当地的重力加速度为g，则m2碰后瞬间速度v2＝________。
(7)数据处理后若满足表达式：________________(已知本次实验中m1>m2，速度用v1、v2、v3表示)，则说明m1与m2碰撞过程中动量守恒。
3．某实验小组用图中所示的装置验证动量守恒定律。实验开始前在水平放置的气垫导轨左端装一个弹射装置，打开控制开关，滑块可被弹射装置向右弹出。滑块A和滑块B上装有相同宽度的挡光片，在相碰的端面装有轻质弹性架。实验开始前，滑块A被弹射装置锁定，滑块B静置于两个光电门之间。
(1)打开控制开关，滑块A被弹出。数字计时器记录了挡光片通过光电门1的时间Δt1，挡光片先后通过光电门2的时间分别为Δt2和Δt3，则滑块A(含挡光片)与滑块B(含挡光片)的质量大小关系是mA________(选填“大于”“等于”或“小于”)mB。
(2)若滑块A和滑块B的碰撞过程中满足动量守恒，则应满足的关系式为____________(用mA、mB、Δt1、Δt2、Δt3表示)。
(3)若滑块A和滑块B的碰撞是弹性碰撞，则mAmB＝________(用Δt2、Δt3表示)。
4．为验证碰撞中的动量是否守恒，某实验小组选取两个体积相同、质量不相等的小球，按下述步骤进行实验。
①用天平测出两小球的质量(分别为m1和m2，且m1>m2)。
②按上图安装好实验装置，将斜槽PQ固定在桌边，使斜槽末端切线水平，先不放小球m2，让竖直挡板紧贴斜槽末端，再让小球m1从斜槽顶端P处由静止释放，记下小球m1在竖直挡板上的撞击位置O。
③将竖直挡板向右平移距斜槽末端一定距离，确保小球在碰撞前后均能撞击固定竖直挡板。
④先不放小球m2，让小球m1从斜槽顶端P处由静止释放，记下小球m1撞击竖直挡板的位置。
⑤将小球m2放在斜槽末端，再让小球m1从斜槽顶端P处由静止释放，与m2发生碰撞，分别记下小球m1和m2撞击竖直挡板的位置。
⑥图中A、B、C点是该实验小组记下的小球与竖直挡板撞击的位置，用毫米刻度尺量出各个撞击点到O的距离，分别为OA、OB、OC。
根据该实验小组的测量，回答下列问题：
(1)小球m1与m2发生碰撞后，m1撞击的是图中的________点，m2撞击的是图中的________点。(均选填字母“A”“B”或“C”)
(2)只要满足关系式________________，则说明碰撞中的动量是守恒的。(用m1、m2、OA、OB、OC表示)
5．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，v′A为A球与B球刚相碰后A球的速度，v′B为A球与B球刚相碰后B球的速度)：
mAvA＝________________；
mAv′A＝________________；
mBv′B＝________________。
实验针对训练(一)
1．解析：(1)计算小车A碰前速度应选BC段，计算两车碰撞后的速度应选DE段。由题图知，AB段是推动小车由静止开始加速阶段，不能用来计算碰前速度；应选用碰撞前做匀速运动的BC段计算速度。同样的，由题图知CD段属于碰撞过程，不能用来计算碰后速度，应选用碰后共同做匀速直线运动的DE段计算碰后速度。
(2)由题图可知
碰前小车的速度vA＝BCt＝0.171 20.1 m/s＝1.712 m/s
碰前的总动量
p＝mAvA＝0.4×1.712 kg·m/s＝0.684 8 kg·m/s
碰后小车的共同速度v＝DEt＝0.114 00.1 m/s＝1.140 m/s
碰后的总动量p＝(mA＋mB)v＝(0.4＋0.2)×1.140 kg·m/s＝0.684 0 kg·m/s。
(3)在实验误差允许的范围内，两小车相互作用的过程，系统的动量守恒。
答案：(1)见解析 (2)0.684 8 kg·m/s
0．684 0 kg·m/s (3)见解析
2．解析：(1)由题图乙可知，两小球直径为d＝4 mm＋15×0.05 mm＝4.75 mm。
(2)题干中没有要求质量为m1的小球不反弹，则不需要满足m1>m2。
(5)根据题意，由牛顿第二定律有F1－m1g＝m1v12L+d2
整理可得v1＝L+d2F1–m1gm1。
(6)小球m2做平抛运动，则有s＝v2t，h＝12gt2
解得v2＝sg2h。
(7)由于本实验中m1>m2
则碰后m1不反弹，若碰撞过程中动量守恒，则有m1v1＝m1v3＋m2v2
即m1v1＝m1v3＋m2v2成立，则可说明m1与m2碰撞过程中动量守恒。
答案：(1)4.75 (2)不需要 (5)L+d2F1–m1gm1
(6)sg2h (7)m1v1＝m1v3＋m2v2
3．解析：(1)A、B发生弹性碰撞，设滑块A与滑块B碰撞前瞬间的速度为vA，碰撞后瞬间A、B的速度分别为v′A、vB，根据动量守恒定律得
mAvA＝mAv′A＋mBvB①
根据能量守恒定律得
12mAvA2＝12mAvA'2+12mBvB2②
解得v′A＝mA-mBmA+mB vA③
vB＝2mAmA+mB vA④
计时器显示光电门1有一个时间记录，光电门2有两个时间记录，说明A与B碰撞后未反弹，即v′A与vA的方向相同，可知mA>mB。
(2)设挡光片宽度为d，由题意可得vA＝dΔt1⑤
v′A＝dΔt3⑥
vB＝dΔt2⑦
碰撞过程中满足动量守恒，则应满足的关系式为
mAdΔt1＝mAdΔt3+mBdΔt2⑧
即mAΔt1＝mAΔt3+mBΔt2。⑨
(3)由③④⑥⑦可得vA'vB＝Δt2Δt3＝mA-mB2mA
解得mAmB＝Δt3Δt3-2Δt2。
答案：(1)大于 (2)mAΔt1＝mAΔt3+mBΔt2 (3)Δt3Δt3-2Δt2
4．解析：(1)根据动量守恒定律得m1v0＝m1v1＋m2v2(m1>m2)，可知v2>v0，v1