物理人教版 (2019)实验：验证动量守恒定律课后复习题

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1.某同学利用光电门和气垫导轨做验证动量守恒定律的实验，主要步骤如下：
①用游标卡尺测量遮光条的宽度d=3.0 mm；
②安装好气垫导轨，调节气垫导轨底座螺母，观察导轨上的气泡仪，使气垫导轨水平；
③向气垫导轨通入压缩空气；
④把滑块2放在气垫导轨上的光电门之间，然后让滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮筋；
⑤释放滑块1，滑块1通过光电门1的时间为0.012 s；
⑥滑块1与静止的滑块2碰撞后粘在一起，通过光电门2的时间为0.020 s；
⑦用天平测得滑块1的质量为310 g，滑块2（包括橡皮泥）的质量为200 g。
（1）计算可知，两滑块相互作用之前系统的总动量 kg·m/s，两滑块相互作用以后系统的总动量为 kg·m/s（结果保留2位有效数字）。
（2）根据该实验可以得到的结论是 。
2.气垫导轨是一种常用的实验仪器，它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫，使滑块悬浮在导轨上。滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦，我们可以用带竖直挡板C和D的气垫导轨和滑块A和B验证动量守恒定律，实验装置如图所示。采用的实验步骤如下：
a.松开手的同时，记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作，当A、B滑块分别碰到C、D挡板时计时器结束计时，分别记下A、B到达C、D的运动时间t1和t2
b.在A、B间水平放入一个轻弹簧，用手压住A、B使弹簧压缩，放置在气垫导轨上，并让它静止在某个位置。
c.给导轨送气，调整气垫导轨，使导轨处于水平。
d.用刻度尺测出A的左端至C板的距离l1，B的右端至D板的距离l2
（1）实验步骤的正确顺序是 。
（2）实验中还需要的测量仪器是 ，还需要测量的物理量是 。
（3）利用上述测量的实验数据，验证动量守恒定律的表达式是 。
3.小佳同学用气垫导轨验证动量守恒定律，实验装置如图甲所示。
（1）该同学用螺旋测微器测量遮光条的宽度d，示数如图乙所示，可知遮光条的宽度d= cm，随后将两宽度均为d的遮光条安装到两滑块上。
（2）安装好气垫导轨和光电门，接通气源后，在导轨上轻放一个滑块，轻推滑块使滑块获得一个初速度，使它从轨道左端向右运动，若滑块通过光电门1的时
间 （选填“>” “” “m2）。接下来要完成的必要步骤是 。
A.用天平测量两个小球的质量m1、m2
B.测量小球m1开始释放时的高度h
C.测量抛出点距地面的高度H
D.分别找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、N
E.测量平抛射程OM―、ON―
（3）若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为 （用（2）中测量的量表示）
6.某小组用如图甲所示的“碰撞实验器”来验证两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量守恒。图甲中点是小球抛出点在水平地面上的垂直投影。实验时，先将小球A多次从斜槽上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。然后把小球B静置于水平轨道末端R点，再将小球A从斜槽上G点由静止释放，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）关于实验操作，下列说法正确的是（）
A.小球A每次必须在斜槽上相同的位置由静止释放
B.小球A可以在斜槽上不同的位置由静止释放
C.斜槽轨道末端必须水平
D.斜槽轨道必须光滑
（2）若小球A质量为m1、半径为r1，小球B质量为m2、半径为r2，要保证碰撞时小球A不反弹，则A、B两小球需满足的关系是（）
A.m1>m2，r1>r2
B.m1>m2，r1=r2
C.m1r2
D.m1m2。
（6）测出小球B做平抛运动的水平位移x和竖直位移h，计算出小球B碰撞后瞬时速度大小v2。
（7）如果本次实验中m1>m2，数据处理后若满足表达式： （质量用m1、m2表示，速度大小用v1、v1′、v2表示），则说明小球A与B碰撞过程中动量守恒。
13.某同学利用气垫导轨、力传感器、无线加速度传感器、光电门、轻质弹簧和滑块等器材设计了测量物体质量和验证动量守恒的实验，组装并摆放好的装置如图甲所示。
主要步骤如下：
a.测得A、B滑块上固定的挡光片的宽度均为d，并根据挡光片调节光电门到合适的高度；
b.将力传感器固定在气垫导轨左端支架上，加速度传感器固定在滑块A上；
c.接通气源，放上滑块，调节气垫导轨，使滑块能在导轨上保持静止状态；
d.弹簧处于原长时右端位于点，将滑块A向左水平推动，使弹簧右端到达P点，稳定后由静止释放滑块A，并开始计时；
e.计算机采集获取数据，得到滑块A所受弹力大小F、加速度大小a随时间t变化的图像，如图乙所示；
f.滑块A与弹簧分开后，经过光电门1，记录遮光时间Δt，然后滑块A、B发生碰撞，碰撞时间极短，B、A分开后依次通过光电门2的时间分别为ΔtB和ΔtA；
g.用滑块B重复实验步骤d、e，并得到滑块B的F−t和a−t图像，分别提取滑块A、B某些时刻F与a对应的数据，画出a−F图像如图丙所示。
回答以下问题：（结果均保留2位有效数字）
（1）滑块A与加速度传感器以及挡光片的总质量mA= ；
（2）滑块B与加速度传感器以及挡光片的总质量mB= ；
（3）利用上述测量的数据，验证动量守恒定律的表达式是 （用题中字母表示）；
（4）能否利用上述实验步骤验证动量定理？若能，请说出验证方法。
1.
（1）碰撞前总动量：0.078 kg·m/s；碰撞后总动量：0.077 kg·m/s
（2）在误差允许范围内，两滑块组成的系统碰撞前后总动量守恒
2.
（1）正确顺序：c→d→b→a
（2）测量仪器：天平；需测物理量：滑块A、B的质量mA、mB
（3）验证表达式：mA⋅l1t1=mB⋅l2t2
3.
（1）遮光条宽度：0.1000 cm
（2）滑块通过两光电门时间关系：=
（3）质量关系：mA>mB；验证表达式：mA⋅dΔt1=mA⋅dΔt2+mB⋅dΔt3
4.
（2）碰撞前总动量：0.603 kg·m/s；碰撞后总动量：0.585 kg·m/s
（3）相对误差绝对值：3.0%
5.
（1）间接测量量：C
（2）必要步骤：ADE
（3）验证表达式：m1⋅OP=m1⋅OM+m2⋅ON
6.
（1）正确操作：AC
（2）小球满足关系：B
（3）需测物理量：C
（4）验证表达式：m1⋅OP=m1⋅OM+m2⋅ON
（5）质量之比：m1:m2=4:1
7.
（1）碰撞前vB=0.50 m/s；碰撞后vA′=0.50 m/s，vB′=0.25 m/s；碰撞位置：70 cm刻度处
（2）碰撞前总动量：0.75mA；碰撞后总动量：0.75mA
8.
（1）碰前速度选段：BC；碰后速度选段：DE
（2）碰前总动量：0.7560 kg·m/s；碰后总动量：0.7350 kg·m/s
（3）实验结论：在误差允许范围内，小车A、B组成的系统碰撞前后总动量守恒
9.
（1）遮光条宽度：5.00 mm
（2）碰撞前总动量：0.60 kg·m/s；碰撞后总动量：0.59 kg·m/s
（3）实验误差范围：1.7%
10.
（1）正确说法：D
（2）质量之比：mA:mB=3:1
（3）碰撞前A的速度：vA=22gL
（4）恢复系数：e=0.67
11.
（1）正确说法：AD
（2）必须测量量：BD
（3）a球压痕点：P1
（4）摩擦力影响：不会
（5）验证表达式：m1h2=m1h1+m2h3
12.
（1）小球直径：1.0000 cm
（5）碰撞后速度：v1′=F2Lm1；不需要满足m1>m2
（7）验证表达式：m1v1=m1v1′+m2v2
13.
（1）滑块A总质量：mA=4.0 kg
（2）滑块B总质量：mB=0.20 kg
（3）验证表达式：mA⋅dΔt=mA⋅dΔtA+mB⋅dΔtB
（4）能验证动量定理；验证方法：计算F−t图像与时间轴围成的面积（冲量），与滑块动量变化量对比，若在误差允许范围内相等，则验证动量定理