主题一 6 实验 动量守恒定律的验证 考点练习 2027届高三物理一轮复习（浙江专版）

这是一份主题一 6 实验 动量守恒定律的验证 考点练习 2027届高三物理一轮复习（浙江专版），共5页。试卷主要包含了10　>　是　A等内容，欢迎下载使用。
1.(绍兴)小宁使用滑轨上两辆安装了弹性碰撞架的小车和两个光电门来验证动量守恒定律(图甲)。他将一个宽为d1的挡光片安装在小车A上,之后使用黑色卡纸又做了一个并将它安装到小车B上。
(1)图乙使用50分度游标卡尺测量这个挡光片的宽度,此挡光片宽d2= mm。
(2)实验开始前,先让小车B静止在两个光电门中间,再让小车A以一定的速度通过光电门1后与小车B发生碰撞,为了使小车A碰后继续往前运动,则需要满足mA mB(选填“”或“=”)。
(3)本实验中是否需要倾斜轨道来平衡小车的摩擦力? (选填“是”或“否”)。
(4)某次实验后,两个光电门测得了三个时间间隔,分别是光电门1测得的t1,光电门2测得的第一个时间t21和第二个时间t22,如果碰撞满足动量守恒定律,则需要满足的方程为 。
A.mAd1t1=mAd1t22+mBd2t21
B.mAd1t1=mAd1t21+mBd2t22
C.mAd1t1=mAd2t22+mBd1t21
D.mAd1t1=mAd2t21+mBd1t22
答案:(1)5.10 (2)> (3)是 (4)A
解析:(1)50分度的游标卡尺分度值为0.02 mm,则小车B上的挡光片宽d2=5 mm+5×0.02 mm=
5.10 mm。
(2)为了使小车A碰后继续往前运动,则需要满足mA>mB。
(3)本实验目的是验证动量守恒定律,为了便于碰撞前后速度的测量,需要使小车在碰撞前后在滑轨上做匀速直线运动,即需要调节倾斜轨道来平衡小车的摩擦力。
(4)若碰撞过程中满足动量守恒定律,
则mAvA=mAvA′+mBvB′,
其中vA=d1t1,vA′=d1t22,vB′=d2t21,
代入可得mAd1t1=mAd1t22+mBd2t21,故选A。
2.(宁波)为了验证动量守恒定律,某同学采用了如图甲所示的实验装置完成实验。已知打点计时器的电源周期为0.02 s。
(1)下列说法正确的是 。
A.本实验中应平衡摩擦力
B.实验时先推动小车A,再接通打点计时器电源
(2)若获得的纸带如图乙所示,从a点开始,每5个点取一个计数点,其中a、b、c、d、e都为计数点,并测得相邻计数点间距分别为ab=20.3 cm、bc=36.2 cm、cd=25.1 cm、de=20.5 cm,已测得小车A(含橡皮泥)的质量mA=0.4 kg,小车B(含撞针)的质量mB=0.3 kg。由以上测量结果可得碰前系统总动量为 kg·m/s,碰后系统总动量为 kg·m/s。(结果均保留三位有效数字)
答案:(1)A (2)1.45 1.44
解析:(1)本实验中要平衡摩擦力,使小车做匀速运动,便于速度的测量,A正确;实验时应先接通打点计时器电源,再推动小车A,B错误。
(2)碰前A车做匀速直线运动,速度由bc段求得v0=bc5T=0.3625×0.02 m/s=3.62 m/s,则碰前系统总动量p0=mAv0≈1.45 kg·m/s,碰后A、B车一起做匀速直线运动,速度由de段求得v=de5T=0.2055×0.02 m/s=
2.05 m/s,则碰后系统总动量p=(mA+mB)v≈1.44 kg·m/s。
3.某同学用如图所示的装置验证动量守恒定律,操作步骤如下:
①固定斜槽,并使轨道的末端水平。
②在一块平木板表面先后钉上白纸和复写纸,将该木板竖直并贴紧槽口放置,让小球a从斜槽轨道上某固定点由静止开始滚下,撞到木板,在白纸上留下压痕O。
③将木板向右平移适当距离,再使小球a从原固定点由静止释放,撞到木板,在白纸上留下压
痕B。
④把半径相同的小球b放在斜槽轨道水平段的右边缘,让小球a仍从原固定点由静止开始滚下,与b球相碰后,两球撞在木板上,在白纸上留下压痕A和C。
(1)本实验必须测量的物理量是 (多选,填选项前字母)。
A.小球a、b的质量ma、mb
B.小球a、b的半径r
C.斜槽轨道末端到木板的水平距离x
D.球a的固定释放点到斜槽轨道末端的高度差H
E.记录纸上O点到A、B、C的距离h1、h2、h3
(2)用(1)中所测得的物理量来表示两球碰撞过程中动量守恒,其表达式为 。
(3)下列对该实验的探究结果没有影响的是 。(填选项前字母)
A.木板是否竖直
B.斜槽轨道末端部分是否水平
C.斜槽轨道是否光滑
答案:(1)AE (2)maℎ2=maℎ3+mbℎ1 (3)C
解析:(1)设小球a单独滚下经过斜槽轨道末端的速度为va,两球碰撞后a、b的速度分别为va′和vb′,若两球碰撞动量守恒,
则mava=mava′+mbvb′,
根据平抛运动规律得
va=xt=xg2ℎ2,va′=xg2ℎ3,vb′=xg2ℎ1,
联立得应满足的表达式为
maℎ2=maℎ3+mbℎ1。
本实验必须测量的物理量是小球a、b的质量ma、mb,记录纸上O点到A、B、C的距离h1、h2、h3,故A、E正确。
(2)由以上分析可知,需要验证的表达式为
maℎ2=maℎ3+mbℎ1。
(3)由表达式maℎ2=maℎ3+mbℎ1可知,木板是否竖直对实验结果有影响,故A错误;斜槽轨道末端部分是否水平影响小球离开斜槽是否做平抛运动,对实验结果有影响,故B错误;只要小球a每次从同一高度由静止滚下,小球a到达斜槽轨道末端的速度均相同,所以斜槽轨道是否光滑对实验结果没有影响,故C正确。
4.(宁波)关于“研究碰撞中动量守恒”的实验,回答下列问题:
实验时,先让质量为m1的小钢球A从斜槽上某一位置由静止开始运动,从轨道末端水平抛出,落到水平地面上P点,然后再把质量为m2的小钢球B放到轨道末端处于静止状态,再让小钢球A从斜槽开始运动,在轨道末端与小钢球B发生对心碰撞,结果小球B落到水平地面上N点,小球A落到水平地面上M点。
(1)实验中,必须测量的物理量有 。(多选)
A.小球开始释放的高度h
B.小球抛出点距地面的高度H
C.小球做平抛运动的水平位移
D.小球A、B的质量m1、m2
(2)实验中,下列说法正确的是 。
A.斜槽一定要光滑
B.两球半径一定要相同
C.两球质量一定要满足m1m2,C错误。
(3)用尽可能小的圆圈出落点,对于偏差比较大的点则舍去。故选B。
(4)根据(1)的分析,可得碰撞前入射小球的速度大小v1∝x2,碰撞后入射小球的速度大小v2∝x1,碰撞后被碰小球的速度大小v3∝x3。若碰撞中动量守恒,以向右为正方向,则由动量守恒定律得m1v1=m1v2+m2v3,可得需满足的关系式为m1x2=m1x1+m2x3。
(5)由题意可得A、B两钢球不为对心正碰,由动量守恒定律可得M、N两点应该在OP连线的两侧,且A质量更大,则离OP连线更近。故选B。
5.(温州)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。如图甲所示,先安装好实验装置,在地上铺一张白纸,白纸上铺放复写纸,记下重垂线所指的位置O。
实验步骤如下:
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,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;
步骤2:把小球2放在斜槽前端边缘位置B,让小球1从斜槽上A点静止滚下,使它们碰撞,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;
步骤3:用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置M、P、N与O点的距离,即线段OM、OP、ON的长度。
(1)下列操作会对实验结果产生影响的有 。
A.斜槽轨道不光滑
B.斜槽轨道末端不水平
C.实验过程中,复写纸移动
D.小球1每次从斜槽上静止释放的位置不同
(2)上述实验除需测量线段OM、OP、ON的长度外,还需要测量的物理量有 。
A.小球1的质量m1和小球2的质量m2
B.小球1和小球2的半径r
C.小球做平抛运动的时间t
D.B点离地面的高度h
(3)某同学在实验中正确操作,认真测量,得出的平均落点情况如图乙所示。若两球相碰前、后的动量守恒,则m1∶m2= 。
(4)完成上述实验后,某实验小组对上述装置进行了改造,如图丙所示,图中圆弧为圆心在斜槽末端B的14圆弧。让小球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,得到两球落在圆弧上的平均位置为M′、P′、N′。测得斜槽末端与M′、P′、N′三点的连线与竖直方向的夹角分别为θ1、θ2、θ3,则验证两球碰撞过程中动量守恒的表达式为
。(结果用m1、m2、θ1、θ2、θ3表示)
答案:(1)BD (2)A (3)6或6∶1
(4)m1sin2θ2cs θ2=m1sin2θ1cs θ1+m2sin2θ3cs θ3
解析:(1)A.无论斜槽轨道是否光滑,只要小球从同一位置下落,到达底端时速度就相同,对实验结果没有影响。
B.实验结果的处理中,用位移关系代替了速度关系,前提是都做平抛运动,时间一样,若斜槽轨道末端不水平,则运动时间就会不同,会影响实验结果。
C.实验过程中,复写纸移动,不会有影响,只要白纸不动即可。
D.小球1每次从斜槽上静止释放的位置不同,就会导致小球碰撞前的速度不同,多次重复就失去意义了。故选BD。
(2)验证动量守恒,p=mv,需要测出小球的质量,因每次平抛的时间相同,速度关系转化为位移关系,只需要测出位移、质量,其他都不需要测量。故选A。
(3)用位移替换速度后,动量守恒的关系式变为m1xOP=m1xOM+m2xON,把图中的数字代入可得m1∶m2=6∶1。
(4)设平抛速度为v,对应的落点位置与圆心连线和竖直方向夹角为α,水平方向rsin α=vt,竖直方向rcs α=12gt2,
解得v=gr2·sin2αcsα,
要验证的守恒关系式为m1v0=m1v1+m2v2,
解得m1sin2θ2cs θ2=m1sin2θ1cs θ1+m2sin2θ3cs θ3。