2019年高考物理一轮复习第6章动量和动量守恒定律实验7验证动量守恒定律习题新人教版.doc

1、【 精品教育资源文库 】 第六章 实验七 验证动量守恒定律 1 (2017 江西模拟 )利用频闪照相和气垫导轨做 “ 探究碰撞中的不变量 ” 的实验，步骤如下： 导学号 21992444 用天平测出滑块 A、 B 的质量分别为 200g 和 300g； 安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平； 向气垫导轨通入压缩空气； 把 A、 B 两滑块放到导轨上，并给它们一个初速度，同时开始闪光照相，闪光的时间间隔设定为 t 0.2s，照片如图所示。 结合实验过程和图象分析知：该图象是闪光 4 次摄得的照片，在这 4 次闪光的瞬间， A、B 两滑块均在 0 80cm 刻度范围内；第一次闪光时

2、，滑块 A 恰好通过 x 55cm 处，滑块 B 恰好通过 x 70cm 处；碰撞后有一个滑块处于静止状态。设向右为正方向，试分析：滑块碰撞时间发生在第一次闪光后 _0.1_s，碰撞前两滑块的质量与速度乘积之和为 _0.2_kgm/s ，碰撞后两滑块的质量与速度乘积之和为 _ 0.2_kgm/s 。 解析 碰撞后 A 向左做匀速运动，设其速度为 vA ， 有 vA t 20cm， 碰撞到第二次闪光时 A 向左运动 10cm，设时间为 t ， 有 vA t 10cm， 设 第一次闪光后到发生碰撞的时间为 t， 有 t t t， 解得 t t2 0.1s。 设向右为正方向，碰撞前 A 的速度大小为

3、 vA 0.050.1m/s 0.5m/s， B 的速度为 vB 0.10.1m/s 1m/s， 则碰撞前两滑块的质量与速度乘积之和为 p1 mAvA mBvB 0.20.5 0.31kgm/s 0.2kgm/s 。 碰撞后， B 静止， A 的速度为 vA 0.20.2m/s 1m/s， 【 精品教育资源文库 】 则碰撞后两滑块的质 量与速度乘积之和为 p2 mAvA 0.21kgm/s 0.2kgm/s 。 以上实验结果说明在碰撞过程中保持不变的物理量是碰撞前、后两滑块的质量与速度乘积之和。 2 (2017 湖北黄冈中学期中 )某同学用图甲所示装置通过半径相同的 a、 b 两球的碰撞来验

4、证动量守恒定律。图中 PQ 是斜槽， QR 为水平槽。在记录纸上记下重垂线所指的位置 O。实验时先使 a 球从斜槽上某一固定位置 G 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，确定小球 a 的落点平均位置 B。再把 b球放在水 平槽末端 R，让 a 球仍从固定位置 G 由静止开始滚下，与 b 球碰撞后，落到水平地面的记录纸上，重复 10 次，得到两球的落点平均位置分别为 A 和 C，其中 b 球落点痕迹如图乙所示。米尺水平放置，零点与 O 点对齐。 导学号 21992445 (1)碰撞后 b 球的水平射程应取为 _64.5(64.2

5、64.8 均可 )_cm。 (2)在以下选项中，哪些是本次实验必须进行的测量？ 答： _ABD_(填选项序号 )。 A水平槽上未放 b 球时，测量 a 球落点位置到 O 点的距离 x1 B a 球与 b 球碰撞后，分别测量 a 球和 b 球的落 点位置到 O 点的距离 x2、 x3 C测量 a 球或 b 球的直径 d D测量 a 球和 b 球的质量 ma、 mb(或两球质量之比 ) E测量 G 点相对于水平槽面的高度 H (3)按照本实验方法，已知 a 球的质量为 ma， b 球的质量为 mb， mamb，那么动量守恒定律的验证式为 _max1 max2 mbx3_(用实验中所测物理量相应字母

6、表示 )。 解析 (1)碰撞后 b 球落点痕迹如题图乙所示，取所有落点中靠近中间的点读数，即取一个最小的圆的圆心，约为 64.5cm。 (2)水平槽上未放 b 球时，测量 a 球落点位置到 O 点的距离 x1，即替代碰 撞前 a 球的速度，故 A 正确； a 球与 b 球碰撞后，分别测量 a 球和 b 球的落点位置到 O 点的距离 x2、 x3，即替代碰撞后 a 球和 b 球的速度，故 B 正确；不需要测量 a 球或 b 球的直径 d，故 C 错误；需要测量 a 球和 b 球的质量 ma、 mb(或两球质量之比 )，故 D 正确；不需要测量 G 点相对水平槽面的高度 H，故 E 错误。 【

7、精品教育资源文库 】 (3)根据实验原理可得 mav0 mav1 mbv2，由已测量的物理量 x1、 x2、 x3，又下落时间相同，可得动量守恒定律的验证式为 max1 max2 mbx3。 3 2017 湖北部分重点中学调研 某同学用图示装置研究弹性正 碰。实验中使用半径相等的弹性小球 1 和 2，且小球 1 的质量大于小球 2 的质量。实验主要步骤如下：导学号 21992446 安装好实验装置，做好测量前的准备。 第一步：先将木板竖直固定于斜槽前端边缘处的 C 点，且板面与纸面垂直，在木板上记下置于 C 点小球的位置然后将木板向右平移适当的距离，并固定。 第二步：不放小球 2，使小球 1

8、从斜槽上 A 点由静止滚下，并撞在木板上。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。 第三步：把小球 2 放在斜槽前端边缘处的 C 点，使小球 1 从 A 点由静止滚下，使它们碰撞，重复多次，并使用与第二步同样的方法分别标出碰撞后两小球落点的平均位置。 第四步：用刻度尺分别测量三个落点的平均位置到 O 点的距离，即线段 OM 、 OP 、 ON的长度。 回答下列问题： (1)若 C 点到木板的距离为 x，小球落点到 O 点的距离为 y，重力加速度为 g，则小球做平抛运动的初速度 v0 x g2y 。 (2)上述实验中， P 点是 _不放小球 2 时小球 1

9、 落点 _的平均位置， N 点是 _小球 1 与小球 2 碰 撞后小球 1 落点 _的平均位置， M 点是 _小球 2 落点 _的平均位置。 (3)若满足条件 1 OP 1 OM 1 ON(用测量量表示 )，则两小球发生的碰撞是弹性正碰。 解析 (1)小球做平抛运动，水平方向有 x v0t， 竖直方向有 y 12gt2， 解得 v0 xt x g2y。 【 精品教育资源文库 】 (2)设小球 1 碰撞前的速度为 v0、碰撞后的速度为 v1，小球 2 碰撞后的速度为 v2，则v1vPvN，故 P 点是实验第二步中小球 1 落点的平均位置， N 点是小球 1 与小球 2 碰撞后小球 1 落点的平

10、均位置， M 是小球 2 落点的平均位置。 (3)若两球发生弹性碰撞，则满足动量守恒定律及能量守恒定律，有 m1v0 m1v1 m2v2， 12m1v20 12m1v21 12m2v22，联立解得 v0 v2 v1，即 x g2 OP x g2 OM x g2 ON，即 1OP1OM 1ON。 4 (2017 湖南师大附中模拟 )如图所示是用来验证动量守恒定律的实验装置，弹性球 1用细线悬挂于 O 点， O 点正下方桌子的边缘有一竖直立柱。实验时，调节悬点，使弹性球 1静止时恰与立柱上的球 2 接触且两球等高。将球 1 拉至 A 点，并使之静止，同时把球 2 放在立柱上。释放球 1，当它摆到悬

11、点正下方时与球 2 发生对心碰撞。碰后球 1 向左最远可摆至 B点，与球 2 落到水平地面上的 C 点。测出有关数据即可验证 1、 2 两球碰撞时动量守恒。现已测出弹性球 1 和 2 的质量 m1、 m2(m1m2)， A 点离水平桌面的距离为 a， B 点离水平桌面的距离为 b。此外： 导学号 21992447 (1)还需要测量的量是 _C点与桌子边缘间的水平距离 c_、 _立柱高 h_和 _桌面高 H_。 (2)根据测量的数据，该实验中动量守恒定律的表达式为 2m1 a h 2m1 b hm2 cH h 解析 (1)要验证动量守恒定律，就需要知道碰撞前后的总动量，可通过平抛运动的分位移公式

12、求解碰撞后球 2 的速度，所以要测量 C 点与桌子边缘间 的水平距离 c、立柱高 h 和桌面高 H。 (2)球 1 从 A 处下摆过程中只有重力做功，机械能守恒，根据机械能守恒定律，有 m1g(a【 精品教育资源文库 】 h) 12m1v21， 碰撞后球 1 上升到最高点的过程中，机械能守恒，根据机械能守恒定律，有 m1g(b h) 12m1v22， 该实验中动量守恒的表达式为 m1v1 m1v2 m2v3， 碰后对球 2 有 h H 12gt2， c v3t。 联立解得 2m1 a h 2m1 b h m2 cH h。 5 (2017 山东泰安一模 )如图所示，用 “ 碰撞实验器 ” 可以

13、验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。 导学号 21992448 (1)实验必须满足的条件是 _BCD_(填选项的符号 )。 A斜槽轨道必须是光滑的 B斜槽轨道末端的切线是水平的 C入射小球每次都要从同一高度由静止滚下 D若入射小球的质量为 m1，被碰小球的质量为 m2，则 m1m2 (2)图中 O 点是小球抛出点在地面上的垂直投影。 实验时，先让小球 1 多次从斜轨上 S位置由静止释放，找到其平均落地点的位置 P，测量平抛射程 OP ，然后，把小球 2 静置于轨道的末端，再将小球 1 从斜轨上 S 位置由静止释放，与小球 2 发生碰撞，并多次重复。接下来要完成的必

14、要步骤是 _ADE_(填选项的符号 )。 A用天平测量两个小球的质量 m1、 m2 B测量小球 1 开始释放的高度 h C测量抛出点距地面的高度 H D分别找到小球 1、小球 2 相碰后平均落点的位置 M、 N E测量平抛射程 OM 、 ON (3)若 两球碰撞前后的动量守恒，则满足的表达式为 m1 OP m1 OM m2 ON 用 (2)中测量的量表示 。 【 精品教育资源文库 】 (4)若 m1 45.0g、 m2 9.0g， OP 46.20cm。则 ON 可能的最大值为 _77.00_cm(小数点后保留两位 )。 解析 (1)只要入射小球每次从同一高度由静止滚下即可，不需要保证轨道光

15、滑，故 A错误， C 正确；小球离开轨道后要做平抛运动，必须保证斜槽轨道末端的切线是水平的， 故 B正确；为防止两小球碰撞后入射小球反弹，入射小球的质量要大于被碰小球的质量，故 D 正确。 (2)要验证动量守恒定律，即验证 m1v2 m1v2 m2v3，小球离开轨道后做平抛运动，它们的抛出点高度相等，在空中运动的时间 t 相等，上式两边同时乘以 t，有 m1v1t m1v2t m2v3t，得 m1 OP m1 OM m2 ON ，因此实验中需要测量两个小球的质量，还需要确定落点的位置和测量平抛射程，故选 A、 D、 E。 (3)根据 (2)的分析可知，验证动量守 恒定律的表达式为 m1 OP m1 OM m2 ON 。 (4)发生弹性碰撞时，小球 2 获得的速度最大