【文档说明】2023-2024学年高中物理人教版2019 选择性必修第一册课后习题 第一章 4　实验 验证动量守恒定律 Word版含答案.docx，共(8)页，461.578 KB，由小赞的店铺上传

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4实验:验证动量守恒定律必备知识基础练1.(2021山东潍坊期中)如图甲所示,某实验小组利用“类牛顿摆”验证碰撞过程中的动量守恒。实验器材:支架,两个半径相同的球1和球2,细线若干,坐标纸,刻度尺等。实验所在地重力加

速度大小为g。甲乙实验步骤如下:(1)测量小球1、2的质量分别为m1、m2,将小球各用两细线悬挂于水平支架上,使两小球球心位于同一水平面,如图甲所示;(2)将坐标纸竖直固定在一个水平支架上,使坐标纸与小球运动平

面平行且尽量靠近。坐标纸每一小格是相同的正方形。将小球1拉至某一位置A,由静止释放,垂直坐标纸方向用手机高速连拍;(3)如图乙所示,分析连拍照片得出,球1从A点由静止释放,在最低点与球2发生水平方向的正碰,球1碰后到达最高位置为B,球2向右摆动的最高位置

为C,测得A、B、C到最低点的竖直高度差分别为h1、h2、h3,则碰后瞬间球1的速度大小为,碰后瞬间球2的速度大小为;(4)若满足关系式,则能证明碰撞中系统总动量守恒;若满足关系式,则说明两小球发生的是弹性

碰撞。2.某同学用如图甲所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来验证动量守恒定律。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。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G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。重复上述操作10次,得到了如图乙所示的三个落地点。(1)请你叙述找出落地点的平均位置的方法是:,并在图中读出OP=cm。(2)已知mA∶mB=2∶

1,碰撞过程中动量守恒,则由图可以判断出R是球的落地点,P是球的落地点。(3)用题中的字母写出动量守恒定律的表达式:。3.某实验小组选用水平气垫导轨、光电门的测量装置来研究两个滑块碰撞过程中的动量守恒。实验仪器如图所示,请根据实验过程和实验数

据补全下表。实验过程:(1)调节气垫导轨水平,并使光电计时器系统正常工作。(2)在滑块1上装上挡光片并测出其长度L。(3)在滑块2的碰撞端面粘上橡皮泥(或双面胶纸)。(4)用天平测出滑块1和滑块2的质量m1、m2。(5)把滑块1和滑块2放在气垫导轨上,让滑块2处于静止

状态(v2=0),用滑块1以初速度v1与之碰撞(这时光电计时器系统自动计算时间),碰后两者粘在一起,分别记下滑块1的挡光片碰前通过光电门的遮光时间t1和碰后通过光电门的遮光时间t2。(6)先根据v=𝐿𝑡计算滑块1碰撞前

的速度v1及碰后两者的共同速度v;再计算两滑块碰撞前后的总动量,并比较两滑块碰撞前后的总动量。实验数据:m1=0.324kg,m2=0.181kg,L=1.00×10-3m次数滑块1滑块2碰撞前碰撞后v1/(m·s-1

)v/(m·s-1)v2/(m·s-1)v/(m·s-1)m1v1/(kg·m·s-1)m2v2/(kg·m·s-1)(m1+m2)v/(kg·m·s-1)10.2900.18400.18420.4260.2690

0.269结论4.如图所示为验证动量守恒定律的实验装置,气垫导轨置于水平桌面上,G1和G2为两个光电门,A、B均为弹性滑块,质量分别为mA、mB,且mA大于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A通过光电门

G1的遮光时间为t1;③A与B相碰后,B和A先后经过光电门G2的遮光时间分别为t2和t3。回答下列问题:(1)实验中选择mA大于mB的目的是。(2)利用所测物理量的符号表示动量守恒定律成立的式子为。5.某同学把两块大小不同的木块用细线连接,中间夹一个被压缩的弹簧,如图

所示,将这一系统置于光滑的水平桌面上,烧断细线,观察木块的运动情况,进行必要的测量,验证物体间相互作用时动量守恒。(1)该同学还必须有的器材是、。(2)需要直接测量的数据是、。(3)用所得数据验证守恒量的关系式为。关键能力提升练6.利用如图所示装置

可以验证两球碰撞中动量守恒。若绳长为L,球A、B的质量分别为mA、mB,球A、B分别由偏角α和β静止释放,若碰撞后都向右运动,最大偏角分别为α'和β',则验证动量守恒的表达式为。7.如图所示的装置中,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,且线与竖直线的夹角为α,A球释放后摆动到最低点时恰与B球相碰,碰撞后,A球把轻质指示针OC推移到与竖直线的夹角为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,白纸上记录到多个B球的落点。(1)图中x应是B球初始位置到的水平距离。(2)为了探究碰撞中的不变量,应测得物理量(用字母表示)。(3)用测得的物理量表示mAvA=;mAvA'=;mBvB'=。8.如图所示为验证动量守恒定律

的实验装置,实验中选取两个半径相同、质量不等的小球,按下面步骤进行实验:①用天平测出两个小球的质量分别为m1和m2;②安装实验装置,将斜槽AB固定在桌边,使槽的末端切线水平,再将一斜面BC连接在斜槽末端;③先不放小球m2,让小球m1从斜槽顶端A处由静止释放,标记小球在斜面上的

落点位置P;④将小球m2放在斜槽末端B处,仍让小球m1从斜槽顶端A处由静止释放,两球发生碰撞,分别标记小球m1、m2在斜面上的落点位置;⑤用毫米刻度尺测出各落点位置到斜槽末端B的距离。图中M、P、N点是实验过程中记下的小球在斜面上的三个落点位置,从M、P、N到B

点的距离分别为lM、lP、lN。依据上述实验步骤,请回答下面问题:(1)BC斜面的倾角(选填“需要”或“不需要”)测出;(2)用实验中测得的数据来表示,只要满足关系式,就能说明两球碰撞前后动量是守恒的;(3)某同学想用上述数据来验证碰撞前后机械能是

否守恒,请写出需要验证的关系式:。9.某同学利用打点计时器和气垫导轨做验证动量守恒定律的实验,气垫导轨装置如图甲所示。下面是实验的主要步骤:①安装好气垫导轨,调节气垫导轨的调节旋钮,使导轨水平;②向气垫导轨通入压缩空气;③把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外

侧,将纸带穿过打点计时器和弹射架并固定在滑块1的左端,调节打点计时器的高度,直至滑块拖着纸带移动时,纸带始终在水平方向;④使滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳;⑤把滑块2放在气垫导轨的中间;已知碰后两滑块一起运动;⑥先,然后,让滑块带动纸带一起运动;⑦取下纸带,重复步骤④⑤⑥

,选出较理想的纸带如图乙所示;⑧测得滑块1(包括撞针)的质量为310g,滑块2(包括橡皮泥)的质量为205g。(1)试着完善实验步骤⑥的内容。(2)已知打点计时器每隔0.02s打一个点,计算可知两滑块相互作用前动量之和为kg·m/s;两滑块相互作用以后

质量与速度的乘积之和为kg·m/s。(结果保留三位有效数字)(3)试说明(2)中两结果不完全相等的主要原因:。参考答案4实验:验证动量守恒定律1.答案(3)√2𝑔ℎ2√2𝑔ℎ3(4)m1√ℎ1=m1√ℎ2+m2√ℎ3m1h1=m1h2+m2h3解析(3)由

动能定理得mgh=12mv2,故v1'=√2𝑔ℎ2,v2'=√2𝑔ℎ3。(4)若碰撞过程动量守恒,则m1v1=m1v1'+m2v2',即m1√ℎ1=m1√ℎ2+m2√ℎ3。若为弹性碰撞,则m1gh1=m1gh2+m2gh3,即m1h1=m1h2+m2h3。2.

答案(1)用最小的圆把所有落点圈在里面,圆心即为落点的平均位置13.0(12.8~13.2均正确)(2)BA(3)mA·OQ=mA·OP+mB·OR解析(1)用最小的圆把所有落点圈在里面,则此圆的圆心即为落点的平均位置;OP=13.0(12.8~13.2均正确)cm。(2)R应

是被碰小球B的落地点,P为入射小球A碰撞后的落地点。(3)小球落地时间t相同,由mA·𝑂𝑄𝑡=mA·𝑂𝑃𝑡+mB·𝑂𝑅𝑡可知,动量守恒的验证表达式为mA·OQ=mA·OP+mB·OR。3.答案见解析解析先分清碰前与碰后的状态量,再代入数据计算。次数滑块1滑块2碰撞前碰撞

后v1/(m·s-1)v/(m·s-1)v2/(m·s-1)v/(m·s-1)m1v1/(kg·m·s-1)m2v2/(kg·m·s-1)(m1+m2)v/(kg·m·s-1)10.2900.18400.1840.09400.09320.4260.26900.2690.1

3800.136结论在误差允许的范围内,系统碰前动量的矢量和等于碰后动量的矢量和4.答案(1)保证碰撞中滑块A不反弹(2)𝑚𝐴𝑡1=𝑚𝐴𝑡3+𝑚𝐵𝑡2解析(1)为了A、B碰撞时A不反弹,需满足A的质量大于B的质量。(2)碰撞前的总动量为p1=mAv1=mA

𝑑𝑡1碰撞后的总动量为p2=mAv1'+mBv2=mA𝑑𝑡3+mB𝑑𝑡2则动量守恒的表达式为mA𝑑𝑡1=mA𝑑𝑡3+mB𝑑𝑡2即𝑚𝐴𝑡1=𝑚𝐴𝑡3+𝑚𝐵𝑡2。5

.答案(1)刻度尺天平(2)两木块的质量m1、m2两木块落地点分别到桌子两侧边的水平距离x1、x2(3)m1x1=m2x2解析两木块弹开后各自做平抛运动,根据平抛运动知识可知两木块在空中运动的时间相等。所需验证的表达式为m

1v1=m2v2,两侧都乘以时间t,有m1v1t=m2v2t,即m1x1=m2x2。6.答案mA√2𝑔𝐿(1-cos𝛼)-mB√2𝑔𝐿(1-cos𝛽)=mA√2𝑔𝐿(1-cos𝛼')⬚+mB√2𝑔𝐿(1-cos𝛽')⬚解析小球从静止释放运动到

最低点的过程中,以向右为正方向,机械能守恒,对于球A有mAgL(1-cosα)=12𝑚𝑣𝐴2,所以vA=√2𝑔𝐿(1-cos𝛼),同理可得vB=-√2𝑔𝐿(1-cos𝛽)。碰后小球A的速

度为vA'=√2𝑔𝐿(1-cos𝛼')⬚,小球B的速度为vB'=√2𝑔𝐿(1-cos𝛽')⬚,所需验证的表达式为mA√2𝑔𝐿(1-cos𝛼)-mB√2𝑔𝐿(1-cos𝛽)=mA√2𝑔𝐿(1-cos𝛼')⬚+mB√2𝑔𝐿(1-cos𝛽')⬚。7.答案(1)B球平

均落点(2)mA、mB、α、β、l、h、x(3)mA√2𝑔𝑙(1-cos𝛼)mA√2𝑔𝑙(1-cos𝛽)mBx√𝑔2ℎ解析(1)小球A在碰撞前后摆动,满足机械能守恒。小球B在碰撞后做平抛运动,则x应为B球的平均落点到初始位置的水平距离。(2)要得到碰撞前后的

mv,需测量mA、mB、α、β、l、h、x等。(3)对A,由机械能守恒得mAgl(1-cosα)=12mA𝑣𝐴2,则mAvA=mA√2𝑔𝑙(1-cos𝛼)。碰后对A,有mAgl(1-cosβ)=12mAvA'2,则mA

vA'=mA√2𝑔𝑙(1-cos𝛽)。碰后B做平抛运动,有x=vB't,h=12gt2,所以mBvB'=mBx√𝑔2ℎ。8.答案(1)不需要(2)m1√𝑙𝑃=m1√𝑙𝑀+m2√𝑙𝑁(3)m1lP=m1lM+m2lN解析(1)由于m1>m2,两球碰撞后,m2的速度比m1

碰前时的速度大,m1的速度减小,因此m1落到M点,而m2落到N点。若斜面倾角为θ,物体落到斜面上距离抛出点为l时,根据平抛运动的规律有lsinθ=12gt2,lcosθ=vt,整理得v=√𝑙𝑔cos2𝜃2sin𝜃碰撞过程中满足动量守恒m

1v0=m1v1+m2v2小球都做平抛运动,可得v0=√𝑙𝑃𝑔cos2𝜃2sin𝜃,v1=√𝑙𝑀𝑔cos2𝜃2sin𝜃,v2=√𝑙𝑁𝑔cos2𝜃2sin𝜃代入整理得m1√𝑙�

�=m1√𝑙𝑀+m2√𝑙𝑁,则不需要测量斜面的倾角θ。(2)由(1)的分析可知,只要满足关系式m1√𝑙𝑃=m1√𝑙𝑀+m2√𝑙𝑁,就能说明两球碰撞前后动量是守恒的。(3)若机械能守恒,

则满足12m1𝑣02=12m1𝑣12+12m2𝑣22,将速度表达式代入可得m1lP=m1lM+m2lN。9.答案(1)接通打点计时器的电源放开滑块1(2)0.6200.618(3)纸带与打点计时器的限位孔有摩擦解析(1)使用

打点计时器时应先接通电源,后放开滑块1。(2)作用前滑块1的速度v1=0.20.1m/s=2m/s,其动量为0.310×2kg·m/s=0.620kg·m/s,作用后滑块1和滑块2具有相同的速度v=0.1680.14m/s=1.2m/s,其质量与速度的乘积之和为(0.310+0.20

5)×1.2kg·m/s=0.618kg·m/s。