高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册第一章 动量守恒定律4 实验：验证动量守恒定律随堂练习题

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册第一章 动量守恒定律4 实验：验证动量守恒定律随堂练习题，共18页。试卷主要包含了4实验，5T 1等内容，欢迎下载使用。

1．如图用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。图中点是小球抛出点在地面上的垂直投影，实验时，先让入射球多次从斜轨上S位置静止释放，找到其平均落地点的位置，测量平抛射程。然后把被碰小球静止于轨道的水平部分，再将入射小球从斜轨上S位置静止释放，与小球相撞，并多次重复测量平抛射程，（假设两小球可视为质点）。
（1）入射小球1与被碰小球2直径相同，均为，它们的质量相比较，应是______。（填“大于”“小于”或“等于”）
（2）为了保证小球做平抛运动，必须调整斜槽使其末端________________。
（3）某次实验中，得出小球的落点情况如图乙所示（单位：），若本次实验的数据很好地验证了动量守恒定律，则入射小球和被碰小球的质量之比_________。
（4）若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为______（用、、、、表示）；若碰撞是弹性碰撞，还应满足的表达式为______（用、、、、表示）。
2．小明同学利用如图所示装置验证动量守恒定律。实验步骤如下：
①将光电门1、2分别固定在气垫导轨左右两侧，打开电源，调节气垫导轨水平；
②将两个宽度均为d （已知）的挡光片分别安装在甲、乙两滑块上；
③把两个滑块用细线连接，中间夹一被压缩的弹簧；
④烧断细线，观察两滑块的运动情况；
⑤当滑块上的挡光片经过光电门时，分别用光电计时器测得光线被甲、乙两挡光片遮住的时间t1、t2；
⑥分别求出相互作用前后的总动量，进行比较。
根据实验步骤，回答下列问题：
（1）为了完成实验，还需要的测量工具有___________（填选项前的字母代号）
A．毫米刻度尺 B．游标卡尺 C．天平 D．秒表
（2）写出还需要测量的物理量和符号___________；
（3）实验所要验证的表达式为___________。（用已知量及所测得物理量表示）
3．某同学设计了一个用打点计时器来完成“探究碰撞中的不变量”的实验：将打点计时器固定在光滑的长木板的一端，把纸带穿过打点计时器，连在小车A的后面。让小车A运动，小车B静止。在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥，如图1所示，碰撞时撞针插入橡皮泥把两小车粘合成一体。他在安装好实验装置后，先接通电源然后轻推小车A，使A获得一定的速度，电磁打点计时器在纸带上打下一系列的点，已知电源频率为50 Hz。
（1）实验中打出的纸带如图2所示，并已将测得的各计数点的间距标在图上，则应选_________段计算A的碰前速度；应选_________段计算A、B碰后的共同速度（选填：“BC”、“CD”或“DE”）；
（2）已测得小车A的质量m1＝0.40 kg，小车B的质量m2＝0.20 kg，由以上相关数据可得：碰前m1v1＝_________kg·m/s；碰后（m1＋m2）v2＝__________kg·m/s；（计算结果均保留两位有效数字）
（3）根据上述计算结果，可得出的实验结论为________。
4．（1）利用气垫导轨通过闪光照相进行“探究碰撞中的不变量”这一实验，实验要求研究两滑块碰撞时动能损失很小和很大等各种情况，若要求碰撞时动能损失最大应选下图中的___________（填“甲”或“乙”）、若要求碰撞动能损失最小则应选下图中的___________（填“甲”或“乙”）（甲图两滑块分别装有撞针和橡皮泥，乙图两滑块分别装有弹性圈）
（2）某次实验时碰撞前B滑块静止，A滑块匀速向B滑块运动并发生碰撞，利用闪光照相的方法连续4次拍摄得到的闪光照片如下图所示。已知相邻两次闪光的时间间隔为T，在这4次闪光的过程中，A、B两滑块均在0～80cm范围内，且第1次闪光时，滑块A恰好位于处。若A、B两滑块的碰撞时间及闪光持续的时间极短，均可忽略不计，则可知碰撞发生在第1次闪光后的___________时刻，A、B两滑块质量比___________，本次碰撞的类型为___________（填“弹性碰撞”或“非弹性碰撞”）。
5．小丁同学把两个质量不同的小球用细线连接，中间夹一个被压缩的轻弹簧，如图所示。将此系统置于光滑水平桌面上，烧断细线，观察两小球的运动情况，进行必要的测量，验证两小球相互作用的过程中动量守恒。
（1）该同学还需具备的器材是：白纸、复写纸、图钉、细线、铅锤、木板、___________、___________；
（2）需要直接测量的物理量有：左边小球的质量m1、___________、___________、右边小球做平抛运动的的水平位移x2；
（3）用得到的数据验证动量守恒的关系式是___________。
6．某物理兴趣小组利用如甲所示的装置进行实验。在足够大的水平平台上的A点放置一个光电门，水平平台上A点右侧摩擦很小，可忽略不计，左侧为粗糙水平面，当地重力加速度大小为g，采用的实验步骤如下：
①在小滑块a上固定一个宽度为d的窄挡光片﹔
②用天平分别测出小滑块a（含挡光片）和小球b的质量、；
③a和b间用细线连接，中间夹一被压缩了的轻弹簧，静止放置在平台上；
④细线烧断后，a、b瞬间被弹开，向相反方向运动；
⑤记录滑块a通过光电门时挡光片的遮光时间t；
⑥滑块α最终停在C点（图中未画出），用刻度尺测出AC之间的距离；
⑦小球b从平台边缘飞出后，落在水平地面的B点，用刻度尺测出平台距水平地面的高度h
及平台边缘铅垂线与B点之间的水平距离；
⑧改变弹簧压缩量，进行多次测量。
（1）a球经过光电门的速度为：___________（用上述实验数据字母表示）。
（2）该实验要验证“动量守恒定律”，则只需验证等式___________成立即可。（用上述实验数据字母表示）
（3）改变弹簧压缩量，多次测量后，该实验小组得到与的关系图像如图乙所示，图线的斜率为k，则平台上A点左侧与滑块a之间的动摩擦因数大小为___________。（用上述实验数据字母表示）
7．（1）在做“碰撞中的动量守恒”实验中，实验装置如图1所示，斜槽固定在铁架台上，使槽的末端水平，让一个小球（入射小球）从斜槽上滚下，跟放在斜槽末端的另一个小球（被碰小球）发生正碰，入射小球的质量应___________被碰小球的质量（填“大于”、“等于”或“小于”），可以用小球飞出的水平距离代表小球碰撞前后的速度是因为___________；
（2）某同学设计了一个用打点计时器验证动量守恒定律的实验：在小车A的前端粘有橡皮泥，推动小车A使之作匀速运动，然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体，继续作匀速运动。他设计的具体装置如图2甲所示，在小车A后连着纸带，电磁打点计时器电源频率为，长木板下垫着小木块用以平衡摩擦力。
（a）若已得到打点纸带如图2乙，并测得各计数点间距标在图上，A为运动起始的第一点，则应选___________段来计算A的碰前速度，应选___________段来计算A和B碰后的共同速度（以上两格填“”或“”或“”或“”），原因是___________。
（b）已测得小车A的质最，小车B的质量。由以上测量结果可得：碰前总动量___________，碰后总动量___________。
8．某同学用如图所示的装置做验证动量守恒定律的实验。先将a球从斜槽轨道上某固定点处由静止开始滚下，在水平地面上的记录纸上留下压痕，重复10次；再把同样大小的b球放在斜槽轨道末水平段的最右端上，让a球仍从固定点由静止开始滚下，和b球相碰后，两球分别落在记录纸的不同位置处，重复10次。
（1）本实验必须测量的物理量有______。
A．斜槽轨道末端距水平地面的高度H
B．小球、的质量、
C．小球、的半径r
D．小球、离开斜槽轨道末端后平抛飞行的时间t
E.记录纸上O点到A、B、C各点的距离、、
F.球的固定释放点到斜槽轨道末端水平部分间的高度差h
（2）放上被碰小球，两球（）相碰后，小球、的落地点依次是图中水平面上的______点和______点。
（3）某学在做实验时，测量了过程中的各个物理量，利用上述数据验证碰撞中的动量守恒，只要满足方程______________在误差允许范围内成立，即说明动量守恒。
9．某同学设计了一个用打点计时器验证动量守恒定律的实验，在小车A的前端黏有橡皮泥，设法使小车A做匀速直线运动，然后与原来静止的小车B相碰并黏在一起，继续做匀速运动，设计图如下：在小车A的后面连着纸带，电磁打点计时器的频率为50Hz，长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力。
①若已得到打点纸带如下图，并测得各计数点间的距离。在图上标出A为运动起始点，则应选______段来计算A碰前的速度，应选________段来计算A和B碰后的共同速度。
②已测得小车A的质量mA=0.4kg，小车B的质量mB=0.20kg，则由以上结果可得碰前总动量=_______kg·m/s，碰后总动量=________kg·m/s。（计算结果保留三位有效数字）
10．如图所示用气垫导轨验证动量守恒定律。两个带有等宽遮光条的滑块A和B，质量分别为、，遮光条宽度为d。A、B之间有一处于压缩状态并锁定的轻弹簧，弹簧与A、B不粘连，调节气垫导轨水平。解除弹簧锁定，滑块A、B被弹簧弹开，光电门C、D记录下两遮光条通过光电门的遮光时间分别为和。
（1）当____________，说明气垫导轨已调至水平。
（2）滑块A经过光电门C时速度大小为______________（用题中所给符号表示）。
（3）多次实验后，若关系式_______________成立，则说明该实验中动量守恒（用题中所给符号表示）。
11．某同学利用如图所示的装置做“验证碰撞中的动量守恒”实验。具体操作如下：
A．把带有斜槽的长木板调整水平后固定，用天平称出甲、乙两形状相同的玩具小车的质量，记为m1、m2（m1＞m2）；
B．将小车甲从斜槽上的某点P从静止释放，最终甲车停在长木板上的M点，在长木板靠近斜槽的位置选一点O，用直尺测量出OM=L0；
C．把小车乙静止放在O点，再次将小车甲从P点由静止释放，甲、乙两车在O点相碰后，最终停在长木板N、S位置，分别测量出ON=L1，OS=L2；
D．改变P点的位置，重复步骤B、C，多次实验。
回答下列问题。
(1)若只用题中实验测得的数据进行分析验证，则两小车与长木板间的动摩擦因数应满足μ甲______μ乙（选填“＞”“＝”或“＜”）；
(2)要验证碰撞中的动量守恒，只要验证______成立即可（用测量的物理量写出关系式）；
(3)利用上述测量的物理量，考虑到实际情况，从能量角度，你还能写出怎样的关系式？______。
12．实验小组利用图示的装置进行“验证动量守恒定律”的实验，操作步骤如下：
①在水平桌面上的适当位置固定好弹簧发射器，使其出口处切线与水平桌面相平；
②在一块长平木板表面先后钉上白纸和复写纸，将该木板竖直并贴紧桌面右侧边缘。将小球a向左压缩弹簧并使其由静止释放，a球碰到木板，在白纸上留下压痕P；
③将木板向右水平平移适当距离，再将小球a向左压缩弹簧到某一固定位置并由静止释放，撞到木板上，在白纸上留下压痕P2；
④将半径相同的小球b放在桌面的右边缘，仍让小球a从步骤③中的释放点由静止释放，与b球相碰后，两球均撞在木板上，在白纸上留下压痕P1、P3。
（1）下列说法正确的是___________。
A．小球a的质量一定要大于小球b的质量
B．弹簧发射器的内接触面及桌面一定要光滑
C．步骤②③中入射小球a的释放点位置一定相同
D．把小球轻放在桌面右边缘，观察小球是否滚动来检测桌面右边缘末端是否水平
（2）本实验必须测量的物理量___________。
A．小球的半径r
B．小球a、b的质量m1、m2
C．弹簧的压缩量x1，木板距离桌子边缘的距离x2
D．小球在木板上的压痕P1、P2、P3分别与P之间的竖直距离h1、h2、h3
（3）用（2）中所测的物理量来验证两球碰撞过程中动量是否守恒，当满足关系式则证明a、b两球碰撞过程中动量守恒。（________）
（4）若a、b两球上涂有粘性很强的胶体（胶体质量不计），让小球a从步骤③中的释放点由静止释放与b球相碰后，两球粘连在一起并撞到木板上在白纸上留下压痕P4，则压痕P4的位置应在________
A．P1上方 B．P1与P2之间 C．P2与P3之间 D．P3下方
13．某同学做验证动量守恒定律的实验，将A、B两滑块在一水平长直气垫导轨上相碰，用频闪照相机分别在t0=0，t1=Δt，t2=2Δt，t3=3Δt时刻闪光拍照，摄得如图所示照片，其中B像有重叠，已知x轴上单位长度为L，mA=m，mB=1.5m向右为正方向，请完成下列填空。
（1）若碰前B静止，则碰撞发生在t=______时刻，碰后B的动量为______（用m、L、Δt表示）；
（2）若碰后B静止，则碰前A的动量为______，碰前B的动量为______（用m、L、Δt表示）。
参考答案
1．大于 切线水平
【详解】
（1）[1]为了保证入射小球1不被反弹，需要满足
（2）[2] 为了保证小球做平抛运动，必须调整斜槽使其末端切线水平；
（3）[3]小球下落的时间相等，则可以用水平位移表示速度的大小，代入题中数据由动量守恒可得
整理得
（4）[4][5]由（3）可知，可用水平位移表示速度的大小，则若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为
若碰撞是弹性碰撞，则还需要满足机械能守恒定律，可得
整理得
2．C 测出两滑块的质量m1、m2 m2或或
【详解】
（1）[1]由于验证动量守恒，只测量质量和速度，而速度用光电门测出时间可求，因此还要用天平称出两个滑块的质量，其它仪器不用，故选C。
（2）[2] 由[1]可知测出两滑块的质量m1、m2
（3）[3]根据动量守恒定律
由于
因此也可以写成
3．BC； DE； 0.42； 0.41； 在误差允许范围内，A、B碰撞前后，各物体质量m与速度v的乘积之和保持不变
【详解】
（1）[1][2]A与B碰撞后粘在一起，速度减小，相等的时间内的间距减小，可通过BC段来计算A的碰撞前的速度，通过DE段来计算A与B碰撞后的速度。
（2）[3]A碰撞前的速度
碰撞前
碰撞后的速度
碰撞后
（3）[4] 根据上述计算结果，可得出的实验结论为在误差允许范围内，A、B碰撞前后，各物体质量m与速度v的乘积之和保持不变。
4．甲 乙 2.5T 1:3 弹性碰撞
【详解】
（1）[1][2]乙图中采用弹性圈，二者碰后即分离，此种情况下，机械能的损失最小，机械能几乎不变；甲图中由于装有撞针和橡皮泥，则两物体相碰时成为一体，机械能的损失最大；
（2）[3]由图可知，前两次闪光中A的位移相同，AB不可能相碰；而由题意可知，B开始时静止，而碰后B一定向右运动，故只能静止在60cm处，故可知，A在第1次闪光后的2.5T时发生碰撞；
[4]设碰前A的速度为v，则
碰后A的速度为
碰后B的速度为
设向右为正方向，根据动量守恒定律得
解得
[5]两滑块碰撞前的总动能为
两滑块碰撞后的总动能为
即碰撞前后的动能相等，则本次碰撞的类型为弹性碰撞。
5．刻度尺 天平 右边小球的质量m2 左边小球做平抛运动的的水平位移x1
【详解】
（1）[1][2]这个实验的思路是通过测平抛运动的位移来代替它们作用后的速度，所以需要有刻度尺和天平分别测平抛运动的水平位移和小球的质量；
（2）[3][4]因为要验证动量守恒，故需要直接测的物理量有小球的质量和小球平抛运动的水平位移；
（3）[5]两小球质量分别为m1和m2，离开桌面至落地的过程是平抛运动，其水平位移分别为x1和x2，烧断细线前后由m1和m2两小球组成的系统若动量守恒，则有
又因平抛运动的竖直位移为
故
即两小球运动时间相等，所以有
即
6．
【详解】
（1）[1]烧断细线后，a向左运动，经过光电门，根据速度公式可知，a经过光电门的速度
（2）[2]b离开平台后做平抛运动，根据平抛运动规律可得
解得
若动量守恒，设向右为正，则有
即
（3）[3]对物体a由光电门向左运动过程分析，则有
经过光电门的速度
由牛顿第二定律可得
联立可得
则由图像可知
解得
7．大于 见解析 BC DE BC，DE段是均匀的 0.68 0.68
【详解】
(1)[1]为了防止入射小球反弹，入射小球的质量应该大于被碰小球的质量。
[2]由平抛规律得
解得
可知，高度一定时，水平位移与水平初速度成正比。所以可以用小球飞出的水平距离代表小球碰撞前后的速度。
(2)[3][4][5]碰撞前，BC段是均匀的，所以选择BC段来计算A的碰前速度。碰撞后，DE段是均匀的，所以选择DE段来计算A和B碰后的共同速度。
[6]由于计数点之间有5个计时点，所以计数点之间的时间间隔为
A碰前速度为
碰前总动量为
[7]A和B碰后的共同速度为
碰后总动量为
8．BE/EB A C
【详解】
（1）[1]小球离开轨道后做平抛运动，小球在空中的运动时间t相等，如果碰撞过程动量守恒，则有
两边同时乘以时间t得
则有
因此实验需要测量两球的质量，两球做平抛运动的水平位移，故ACD错误，BE正确。
故选BE。
（2）[2][3]由图所示装置可知，小球a和小球b相撞后，小球b的速度增大，小球a的速度减小，b球在前，a球在后，两球都做平抛运动，由图示可知，未放被碰小球时小球a的落地点为B点，碰撞后 a、b的落点点分别为A、C点。
（3）[4]由[1]可知如果碰撞过程动量守恒，则有
9．BC DE 0.420 0.417
【详解】
①[1][2]碰撞前后，小车都做匀速直线运动，纸带点迹分布应该是均匀分布，并且碰前速度大于碰后速度，纸带的分布距离较大，则应选BC段来计算A碰前的速度，应选DE段来计算A和B碰后的共同速度。
②[3]A碰前速度为
碰前总动量为
[2]A和B碰后的共同速度为
碰后总动量为
10．A、B能在气垫导轨任意位置保持静止
【详解】
（1）[1]A、B能在气垫导轨任意位置保持静止，此时气垫导轨是水平的；
（2）[2]两滑块的速度为
（3）[3]如果动量守恒，设A的方向为正方向，则应满足
联立解得
、
11．= m1=m1 +m2 m1L0>m1L1+m2L2
【详解】
(1)[1]利用通过测量碰撞前后小车的位移代替碰前、碰后的速度，就要确保两车在长木板上运动的加速度相等，因此要求两小车与长木板间的动摩擦因数相等。
(2)[2]把动量守恒的表达式
结合具体化，就得到
(3)[3]根据碰撞的特点，实际情况中存在能量损失，碰后的总动能小于碰前的总动能，由

可得
m1L0＞m1L1+m2L2
12．AD BD C
【详解】
(1)[1] A．为防止碰撞后入射球反弹，入射小球a的质量应大于被碰小球b的质量，故A正确；
B．弹簧发射器的内接触面及桌面不一定要光滑，入射小球a的释放点位置相同即可保证每次实验入射球的速度相等，故B错误；
C．步骤②中只是为了确定水平位置，而步骤③中入射小球a的释放点位置对应平抛初速度，不一定相同，故C错误；
D．为保证小球离开斜槽后做平抛运动，斜槽末端的切线必须水平，把小球轻放在桌面右边缘，观察小球是否滚动来检测桌面右边缘末端是否水平，故D正确。
故选AD。
(2)[2] 小球离开轨道后做平抛运动，设木板与抛出点之间的距离为x，由平抛运动规律得，水平方向
x=vt
竖直方向
解得
设碰撞前a的速度为v0，碰撞后a的速度是v1，碰撞后b的速度为v2，则
两球碰撞过程系统动量守恒，以向右为正方向，由动量守恒定律得
m1v0=m1v1+m2v2
整理得
故需要小球a、b的质量m1、m2，小球在木板上的压痕P1、P2、P3分别与P之间的竖直距离 h1、h2、h3。
故选BD。
(3)[3]根据以上分析可知，要验证
(4)[4] 由静止释放与b球相碰后，两球粘连在一起完全非弹性碰撞，机械能损失最大，故
弹性碰撞
所以
则轨迹在P2与P3之间。
故选C。
13．
【详解】
（1）[1]若碰前B静止，因碰后B一定向右运动，则可知，7L位置应为碰后B的位置，B应静止在6L处；由图可知，A从开始到运动至6L处用时t=2.5Δt，故碰撞发生在2.5Δt时刻。
[2]B由6L运动到7L的时间为0.5Δt，速度为
碰后B的动量为
（2）[3][4]若碰后B静止，则碰撞发生在第1、2两次闪光时刻之间，碰撞后B静止，碰撞发生在x=6L处，而A反向向左运动，第二次闪光时到达5L位置，第三次闪光到达3L位置，碰撞后A的速度为
故A由6L到达5L位置的时间为0.5Δt，则从t0=0到碰撞的时间为0.5Δt，碰撞前B的速度为
碰撞前B的动量方向向左，大小为
碰撞后A的动量方向向左，大小为
由动量守恒可得，碰撞前A的动量方向向右，大小为