（新课标）2020高考物理一轮复习 课时作业30 实验验证动量守恒定律（含解析）新人教版

实验验证动量守恒定律1(2018河南模拟)用如图甲所示的装置验证动量守恒定律，小车P的前端粘有橡皮泥，后端连接通过打点计时器的纸带，在长木板右端垫放木块以平衡摩擦力，推一下小车P，使之运动，与静止的小车Q相碰粘在一起，继续运动(1)实验获得的一条纸带如图乙所示，根据点迹的不同特征把纸带上的点进行了区域划分，用刻度尺测得各点到起点A的距离根据碰撞前后小车的运动情况，应选纸带上_段来计算小车P的碰前速度(2)测得小车P(含橡皮泥)的质量为m1，小车Q(含橡皮泥)的质量为m2，如果实验数据满足关系式_，则可验证小车P、Q碰撞前后动量守恒(3)如果在测量小车P的质量时，忘记粘橡皮泥，则所测系统碰前的动量与系统碰后的动量相比，将_(填“偏大”或“偏小”或“相等”)答案(1)BC(2)m1(m1m2)(3)偏小解析(1)两小车碰撞前做匀速直线运动，在相等时间内小车位移相等，由图示纸带可知，应选择纸带上的BC段求出小车P碰撞前的速度(2)设打点计时器打点时间间隔为T，由图示纸带可知，碰撞前小车的速度：v，碰撞后小车的速度：v，如果碰撞前后系统动量守恒，则：m1v(m1m2)v，即：m1(m1m2)，整理得：m1(m1m2)；(3)在测量小车P的质量时，忘记粘橡皮泥，小车P质量的测量值小于真实值，由pmv可知，所测系统碰前的动量小于碰撞后系统的动量2(2018台州模拟)某同学用如图1所示的装置探究碰撞中的不变量，实验开始前在水平放置的气垫导轨左端装一个弹射装置，滑块碰到弹射装置时将被锁定，打开控制开关，滑块可被弹射装置向右弹出滑块甲和滑块乙上装有相同宽度的挡光片，在滑块甲的右端和滑块乙的左端装上了弹性碰架(图中未画出)，可保证在滑块碰撞过程中能量损失极小开始时，滑块甲被弹射装置锁定，滑块乙静置于两个光电门之间(1)该同学用游标卡尺测量挡光片的宽度d如图2所示，则d_ cm.(2)为使碰撞后两个滑块能够先后通过光电门2，则选用下列哪组滑块能使实验效果更好_Am甲50 g，m乙50 gBm甲100 g，m乙50 gCm甲50 g，m乙100 g(3)某次实验时，该同学记录下滑块甲(质量为m甲)通过光电门1的时间为t1，滑块乙(质量为m2)通过光电门2的时间为t2，滑块甲通过光电门2的时间为t3，根据实验器材等测量条件确定误差范围只要等式_成立，则可说明碰撞过程中动量守恒；只要等式_成立，则可说明这次碰撞为弹性碰撞(注：以上2个等式必须用题目中所给的字母表示)答案(1)2.145(2)B(3)m甲m甲m乙m甲()2m甲()2m乙()2解析(1)游标卡尺的主尺读数为21 mm，游标读数为0.059 mm0.45 mm，则最终读数为21.45 mm2.145 cm；(2)为使碰撞后两个滑块能够先后通过光电门2，所以入射滑块不能反弹，所以应用质量较大的滑块去碰质量较小的滑块，故选B项；(3)滑块经过光电门的速度分别为：v1v2v3设甲的初速度方向为正方向，则由动量守恒定律有：m甲v1m甲v3m乙v2；代入速度公式则有：m甲m甲m乙；要保证为碰性碰撞，碰撞前后机械能守恒，则有：m甲()2m甲()2m乙()2；即m甲()2m甲()2m乙()2成立，即说明为弹性碰撞3(2018衡水四模)某实验小组做“验证动量守恒定律”的实验分别设计了图甲、图乙两种实验装置；(1)若采用图甲所示装置进行实验，为了减小偶然误差，确定小球落点的平均位置的方法是：_；为了保证入射小球离开斜槽末端的速度相同，每次必须从斜槽上_滚下；(2)已知入射小球质量为m1，被碰小球质量为m2(m1m2)，甲同学建议用图甲所示的装置，由水平地板上的白纸与复写纸记录两小球碰撞前后落点的位置，实验中记下了O、M、P、N四个位置，如图甲所示，其中P点是未放小球m2时小球m1被释放后落点的位置，若采用图甲所示装置进行实验，若满足_(用m1、m2、OM、OP、ON表示)，则说明碰撞中动量守恒；乙同学建议用图乙所示的实验装置，用垂直于小球下落轨迹平面的竖直木板及白纸、复写纸记录两小球碰撞前后落点的位置，实验中记下了O、A、B、C四个位置(如图所示)，若满足_(用m1、m2、OA、OB、OC表示)，则说明碰撞中动量守恒；这两种方案你认为_(填“甲”或“乙“)较好答案(1)用圆规画一个尽可能小的圆把所有的落点圈在里面，圆心即平均位置同一位置由静止开始(2)m1OPm1OMm2ON甲解析(1)用圆规画一个尽可能小的圆把所有的落点圈在里面，圆心即平均位置，这样可以减小偶然误差；为了保证小球每次到达斜面末端时速度相同，应让小球每次从同一位置由静止滑下；(2)设落地时间为t，则有：v1，v1，v2而动量守恒的表达式是：m1v1m1v1m2v2所以若两球相碰前后的动量守恒，则有：m1OMm2ONm1OP成立；小球做平抛运动，在竖直方向上：hgt2，平抛运动时间：t，设轨道末端到木条的水平位置为x，小球做平抛运动的初速度：va，va，vb，如果碰撞过程动量守恒，则：mavamavambvb，代入速度解得：；由于甲实验实验方法简单且数据处理方便，因此甲实验原理更好一些4.(2018潍坊三模)某同学用如图所示装置验证动量守恒：长木板水平固定，弹簧左端固定在挡板上，右端自由伸长到O点，滑块A右侧粘有橡皮泥，置于长木板上，左侧恰好位于O点操作如下：推动A压缩弹簧至某一位置，然后无初速释放，测得停下时A、O间距离x1；再次推动A压缩弹簧至同一位置，另取一滑块B放于O点，无初速释放A，A与B碰后粘在一起运动，测得停下时A、O的距离x2.请回答下列问题：(1)x1_x2(选填“大于”“小于”或“等于”)；(2)实验中还需要测量的物理量及符号是_，若等式_(用所测物理量符号表示)成立，则碰撞过程动量守恒答案(1)大于(2)滑块A质量M，滑块B质量mM(Mm)解析(1)由于碰撞后整体的速度小，故碰后停下时的距离要短，故x1大于x2；(2)根据动量守恒定律可知，实验中需要测量滑块AB的质量，以及A的速度和AB共同的速度，速度可以根据速度和位移的关系求解，故只需要再测量滑块A质量M，滑块B质量m即可；由于可以认为两物体和地面的动摩擦因数相等，根据ag可知，加速度相同，则有：v22ax，解得：v1；碰后AB共同的速度v；根据动量守恒定律有：Mv1(Mm)v将速度代入，化简可得：M(Mm).5(2018保定一模)几个同学在闲聊时说起了滑旱冰的物理学知识，于是大家想要粗略验证动量守恒定律，设计好方案后按下列步骤进行：a在宽阔水平的场地上选取两个基准点为原点，分别向相反方向画射线，选取一定长度为标度画上刻度；b两个同学穿好旱冰鞋分别站立在一个原点上，对推，旁边同学用智能手机跟拍；c改变对推人数，比如一方两个同学相互抱住，另一方一个同学，旁边同学拍下运动场景；d选取同学的运动轨迹基本沿着射线的视频，由视频得到一些相关数据请回答：(1)要完成实验目的，选出下列你认为需要用到的数据_A本地重力加速度gB对推双方的质量m1、m2C对推双方滑行的标度数目n1、n2D互推过程的时间，E早冰鞋与地面之间的动摩擦因数(2)用选出的物理量写出验证动量守恒的表达式_(3)写出可能影响验证的某一个因素_.答案(1)BC(2)m1m2(3)双方早冰鞋与地面间的摩撇因数不同，地面平整程度不同，对推过程时间较长摩擦力的冲量较大，推开后同学身体有转动等等(任选一个作答)解析(1)由题意可知本实验要验证动量守恒定律，则可知一定要测量两物体的质量，同时为了测出相推后的速度，应根据人滑动的位移进行计算，所以应测量对推双方滑行的标度数目n1、n2；其他均不需测量，故选BC两项；(2)假设人与地面间的动摩擦因数相同，同时设两标度间距离为L；根据速度和位移关系可知，v；由动量守恒定律有：m1v1m2v2代入并化简可知：m1m2；(3)实验中产生误差的原因较多，如：双方早冰鞋与地面间的动摩擦因数不同，地面平整程度不同，对推过程时间较长摩擦力的冲量较大，推开后同学身体有转动等等6.某学习小组为了验证碰撞中的动量守恒，设计了如下方案：如图所示，斜面与水平桌面平滑连接，先将质量为M的滑块A从斜面上某位置由静止释放，测量出滑块在水平桌面滑行的距离x0；接着将质量为m、相同材料的小滑块B放在斜面底端的水平轨道上，再让A从斜面上同一位置由静止释放，A与B碰撞后，测量出各自沿桌面滑行的距离x1、x2.实验中Mm，重力加速度为g.(1)若满足关系式_，则验证了A和B的碰撞动量守恒(用题目中给出的物理量表示)(2)若满足关系式_，则验证了A和B的碰撞是弹性碰撞(用题目中给出的物理量表示)(3)若桌面稍有倾斜，本实验_(填正确选项)A无法验证动量守恒B仍可以验证动量守恒C满足动量守恒的关系式将改变答案(1)MMm(2)Mx0Mx1mx2(3)B解析(1)由牛顿第二定律可知，两物体在水平面上滑行的时的加速度ag；则由速度和位移关系可知，v22ax解得：v；即速度与成正比；若碰撞中动量守恒，则有：Mv0Mv1mv2MMm(2)若为弹性碰撞，则可知：Mv02Mv12mv22Mx0Mx1mx2(3)若斜面倾斜，因滑块受力产生的加速度仍相同，故速度和仍成正比，根据以上分析可知，仍然可以验证动量守恒7(2018武汉模拟)如图(a)所示，冲击摆是一个用细线悬挂着的摆块，弹丸击中摆块时陷入摆块内，使摆块摆至某一高度，利用这种装置可以测出弹丸的发射速度实验步骤如下：用天平测出弹丸的质量m和摆块的质量M；将实验装置水平放在桌子上，调节摆绳的长度使弹丸恰好能射入摆块内，并使摆块摆动平稳，同时用刻度尺测出摆长；让摆块静止在平衡位置，扳动弹簧枪的扳机，把弹丸射入摆块内，摆块和弹丸推动指针一起摆动记下指针的最大偏角；多次重复步骤，记录指针最大偏角的平均值；换不同挡位测量，并将结果填入下表挡位平均最大偏角(度)弹丸质量m(kg)摆块质量M(kg)摆长l(m)弹丸的速度v( m/s)低速挡15.70.007 650.078 90.2705.03中速挡19.10.007 650.078 90.2706.77高速挡0.007 650.078 90.2707.15完成下列填空：(1)现测得高速挡指针最大偏角如图(b)所示，请将表中数据补充完整：_(2)用上述测量的物理量表示发射弹丸的速度v_(已知重力加速度为g)(3)为减小实验误差，每次实验前，并不是将指针置于竖直方向的零刻度处，常常需要试射并记下各挡对应的最大指针偏角每次正式射击前，应预置指针，使其偏角略小于该挡的最大偏角请写出这样做的一个理由：_.答案(1)22.4(22.122.7均正确)(2)(3)摆块在推动指针偏转时，要克服摩擦力做功，故应使指针先停留在适当的高度，以减少能量的损耗解析(1)由图可知，角度的最小分度是1，需要估读一位，所以该读数为22.4；(2)弹丸射入摆块内，系统水平方向的动量守恒，选取向右为正方向，可得：mv(mM)v摆块向上摆动，机械能守恒：(mM)v2(mM)gl(1cos)，联立解得：v(3)摆块在推动指针偏转时，要克服摩擦力做功，故应使指针先停留在适当的高度，以减少能量的损耗8