2022届高考物理一轮复习力学实验专项训练(八)实验:验证动量守恒定律
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这是一份2022届高考物理一轮复习力学实验专项训练(八)实验:验证动量守恒定律,共11页。试卷主要包含了0 g,m2=10等内容,欢迎下载使用。
2022届高考物理一轮复习力学实验专项训练(八)实验:验证动量守恒定律1.如图所示是用来验证动量守恒的实验装置,弹性球1用细线悬挂于O点,O点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右端接触且两球等高。将球1拉到A点,并使之静止,同时把球2放在立柱上。释放球1,当它摆到悬点正下方时与球2发生对心碰撞,碰后球1向左最远可摆到B点,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A点离水平桌面的距离为点离水平桌面的距离为点与桌子边沿间的水平距离为c。此外: (1)还需要测量的量是_________、_______和________。(2)根据测量的数据,该实验中动量守恒的表达式为_________(忽略小球的大小)2.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。(1)为保证实验成功,两球的质量关系必须满足________(选填“大于”“等于”或“小于”);(2)下列说法中符合本实验要求的是_________(填选项前面的字母);A.安装轨道时,斜槽轨道的末端必须水平B.斜槽轨道必须光滑C.在同一组实验的多次碰撞中,每次入射小球必须从斜槽的同一高度由静止释放D.需要测量小球从斜槽末端抛出时距地面的高度E.需要分别找出入射小球、被碰小球相碰后落地点的平均位置(3)若为未放置被碰小球时入射小球落点的平均位置,则关系式______________________(用及图中字母表示)成立,即表示碰撞中动量守恒。3.如图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和 ②安装实验装置,将斜槽固定在桌边,使槽的末端切线水平,再将一斜面连接在斜槽末端;③先不放小球,让小球从斜槽顶端A处由静止释放,标记小球在斜面上的落点位置P;④将小球放在斜槽末端B处,仍让小球从斜槽顶端A处由静止释放,两球发生碰撞,分别标记小球,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。图中从点是实验过程中记下的小球在斜面上的三个落点位置,从到B点的距离分别为。依据上述实验步骤,请回答下面问题:(1)两小球的质量应满足__________ (选填“>”“=”或“<”) 。(2)若进行实验,以下所提供的测量工具中必需的是________。A.直尺 B.游标卡尺 C.天平D.弹簧秤 E.秒表(3)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。4.在验证动量守恒定律实验中,实验装置如图所示,是两个半径相等的小球,按照以下步骤进行操作。A.在木板表面钉上白纸和复写纸,并将该木板在紧靠槽口处竖直放置,使小球从斜槽轨道上固定点处由静止释放,撞到木板并在白纸上留下痕迹;B.将木板水平向右移动一定距离并固定,再使小球从固定点处由静止释放,撞到木板上得到痕迹;C.把小球静止放在斜槽轨道水平段的最右端,让小球仍从固定点处由静止释放,和小球相碰后,两球撞在木板上得到痕迹和。(1)为了保证在碰撞过程中小球不反弹,两球的质量间的关系是________(选填“大于”、“小于”或“等于”)。(2)完成本实验,必须测量的物理量有________。A.小球开始释放的高度B.木板水平向右移动的距离C.小球和小球的质量D.点分别到三点的距离5.某实验小组利用如图所示的装置验证“碰撞过程中的动量守恒”和探究“碰撞过程中的动能是否守恒”。水平的气垫导轨上有两滑块,滑块上有宽度为的遮光板;滑块上固定一支架,支架上水平固定一内壁光滑左侧开口的细薄金属直管,金属管右侧用金属板封闭,管内靠近金属板处静置一金属小球◦气垫导轨通气后,利用右侧挡板上的弹射装置将滑块向左弹出,测得滑块第一次经过光电门的时间为,后与静止的滑块相碰,碰后滑块和小球一起向左滑动,滑块向右运动。滑块第二次通过光电门的时间为,滑块与左侧挡板刚接触时,立即被安装的锁止装置锁止,同时金属管中的小球沿管壁飞出,落在水平地面上的点(图中未画出)。用天平称量出滑块 (包括遮光板)的总质量鹎、滑块 (包括支架、金属管)的总质量、小球的质量,重力加速度为。请回答以下问题:(1)除了题中已给出的物理量,还需用刻度尺测出的物理量及符号是_________。(2)小球离开金属管口时的速度大小为__________(用题中已知和(1)问中物理量符号表示)。(3)要验证碰撞过程中的动量守恒,本实验需要验证的表达式为_________。 (4)要进一步探究碰撞过程中的动能是否守恒,需要比较表达式_________,与表达式_________在误差允许范围内是否相等。6.用如图所示装置验证动量守恒定律,即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。(1)实验中,直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的。可以仅通过测量______(填选项前的序号)间接地解决这个问题。A.小球开始释放时的高度B.小球抛出点距地面的高度C.小球做平抛运动的水平位移(2)在实验中,入射小球、被碰小球的质量分别为和,关于和的大小,下列关系正确的是( )A. B. C. D.以上都可以(3)若两球在碰撞前后动量守恒,需要验证的表达式为_________________。7.某同学在实验室使用半径相同的两个小球,按如图实验装置来验证动量守恒定律。他的主要实验操作如下:①用天平测量a、b两球的质量m1和m2;②用游标卡尺测出两个小球的直径d;③用刻度尺测出轨道末端距离地面的高度H;④用重锤线标出小球抛出点在水平地面上的白纸上的竖直投影点O;⑤在白纸上面放好复写纸,先不放b球,把a球从斜槽轨道上D点由静止释放,落到复写纸上,重复多次;再把b球放在斜槽轨道水平部分最右端,把a球仍从D点由静止释放,和b球相碰后,两球分别落在复写纸上的不同位置,重复多次;⑥用圆规在白纸上找到三个平均落点M、P和N,并用刻度尺测量出图中的和的长度。(1)上述实验操作中不必要的步骤是__________。(2)如果满足关系式___________ ,则验证了系统碰撞过程中动量守恒。(用测量的物理量表示)(3)实验测得:m1=30.0 g,m2=10.0 g,=16.10 cm,=30.30 cm,=40.60 cm。则本实验的相对误差是_________ 。(保留一位有效数字,相对误差为×100%)8.为了验证动量守恒定律(探究碰撞中的不变量),某同学选取了两个材质相同、体积不等的立方体滑块A和B,按下述步骤进行实验:步骤1:在的相撞面分别装上尼龙拉扣,以便二者相撞以后能够立刻结为整体;步骤2:安装好实验装置如图甲,铝质轨道槽的左端是倾斜槽,右端是长直水平槽。倾斜槽和水平槽由一小段弧连接,轨道槽被固定在水平桌面上,在轨道槽的侧面与轨道等高且适当远处装一台数码频闪照相机;步骤3:让滑块B静置于水平槽的某处,滑块A从斜槽某处由静止释放,同时开始频闪拍摄,直到停止运动,得到一幅多次曝光的数码照片;步骤4:多次重复步骤3,得到多幅照片,挑出其中最理想的一幅 ,打印出来,将刻度尺紧靠照片放置,如图乙所示。(1)由图分析可知,滑块A与滑块B碰撞发生的位置__________。 ①在之间 ②在处 ③在之间(2)为了探究碰撞中动量是否守恒,需要直接测量或读取的物理量是__________。①两个滑块的质量和②滑块A释放时距桌面的高度③频闪照相的周期④照片尺寸和实际尺寸的比例⑤照片上测得的和⑥照片上测得的和⑦滑块与桌面间的动摩擦因数写出验证动量守恒的表达式_______________。(3)请你写出一条有利于提高实验准确度或改进实验原理的建议:__________________ 参考答案及解析1.答案:(1)弹性球1、2的质量;立柱高h;桌面离水平地面的高度H(2)解析:(1)要验证动量守恒必须知道两球碰撞前后的动量变化,根据弹性球1碰撞前后的高度为a和b,由机械能守恒可以求出碰撞前后的速度,故只要再测量弹性球1的质量,就能求出弹性球1的动量变化;根据平抛运动的规律只要测出立柱高h和桌面离水平地面的高度H就可以求出弹性球2碰撞前后的速度变化,故只要测量弹性球2的质量和立柱高h、桌面离水平地面的高度H就能求出弹性球2的动量变化。(2)根据(1)的解析可以写出动量守恒的方程。2.答案:(1)大于(2)ACE(3)解析:(1)为了防止入射小球反弹,入射小球的质量必须大于被碰小球的质量,所以两球的质量关系应满足大于。(2)为了使小球做平抛运动,斜槽轨道末端必须水平,选项A正确;只要每次入射小球碰撞前瞬间的速度相同即可,不需要斜槽轨道光滑,选项B错误;为了保证小球每次平抛的初速度相同,每次入射小球必须从斜槽的同一高度由静止释放,选项C正确;要验证动量守恒定律,即验证,小球离开轨道后做平抛运动,它们抛出点的高度相等,在空中的运动时间t相等,上式两边同时乘以t得,得,因此实验过程中需要确定两球的落点从而确定小球的水平位移,为了减小误差,需要多次测量找出平均落点的位置,不需要测量抛出点距地面的高度,选项D错误,选项E正确。(3)由(2)的分析知成立,即表示碰撞中动量守恒。3.答案:(1)>;(2);(3)解析:(1)为了防止入射球碰后反弹,一定 要保证入射球的质量大于被碰球的质量,即。(2)要验证动量守恒定律,需测量小球的质量和三个落点到B点的距离。故提供的测 量工具中必需的是。(3)碰撞前,小球落在图中的P点,设其 水平初速度为。小球发生碰撞 后,的落点在图中的M点,设其水平初速 度为,的落点在图中的N点,设其水 平初速度为。设斜面与水平面间的倾角为α,由平抛运动规律得:,解得,同理可得:,只要满足,即,就可以说明两 球碰撞前后动量是守恒的。4.答案:(1)大于(2)CD解析:(1)为防止两小球碰撞后,小球a反弹,小球a的质量应大于小球b的质量,即。(2)两球碰撞后均做平抛运动,,,得,若满足,即碰撞前后动量守恒,即可验证动量守恒定律,对该式进行整理可得,因此需要测量小球和小球的质量以及点分别到三点的距离,选项C、D正确5.答案:(1)小球从离开金属管口到落地的过程中,运动的水平位移和竖直高度(2);(3);(4),解析: (1)滑块与静止的滑块相碰后,反向,和小球一起向左滑动,被锁止后,小球以碰后的速度平抛,故利用平抛的运动规律可求出小球离开金属管时的初速度,也即碰后和小球的共同速度,故需要测出小球从离开金属管口到落地的过程中,运动的水平位移和竖直高度。(2)由平抛运动规律可知,平抛的初速度为.(3)取向左为正方向,滑块碰前的总动量为,碰后的总动量为,故需验证的表达式为.(4)滑块碰前的总动能为,碰后的总动能为,故要探究动能是否守恒,需要比较和是否相等。6.答案:(1)C(2)B(3)解析:(1)如果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:,小球离开轨道后做平抛运动,它们抛出点的高度相等,在空中的运动时间t相等,上式两边同时乘以t得:得:,实验需要测量:两球的质量、小球做平抛运动的水平位移,故C正确。故选:C。(2)为防止碰撞后入射球反弹,入射球的质量应大于被碰球的质量,故B正确,ACD错误。故选:B。(3)由(1)可知,实验需要验证的表达式为:。7.答案:(1)②③(2)(3)2%解析:(1)① 验证动量守恒定律,需要用天平测量两个小球的质量;②为了发生对心碰撞,两球的直径需相同,但具体直径大小,并不需要测量;③只需要保证小球做平抛运动的高度相同,不需要用刻度尺测量其具体值;④需要用重锤线标出小球抛出点在水平地面上的白纸上的竖直投影点O,方便测量小球的水平位移;⑤在白纸上面放好复写纸,先不放b球,把a球从斜槽轨道上D点由静止释放,落到复写纸上,重复多次;再把b球放在斜槽轨道水平部分最右端,把a球仍从D点由静止释放,和b球相碰后,两球分别落在复写纸上的不同位置,重复多次;⑥用圆规在白纸上找到三个平均落点M、P和N,并用刻度尺测量出图中的、和的长度纸上的不同位置,重复多次;上述实验操作中不必要的步骤是②③。(2)碰撞过程中,如果水平方向动量守恒,由动量守恒定律得:,小球做平抛运动时抛出点的高度相等,它们在空中的运动时间t相等,两边同时乘以时间t,,得:。(3)。8.答案:(1)②;(2)①、⑥, ;(3)见解析(任意一条即可)解析:(1)由题图可知碰撞位置发生在之间或处,又由于位置滑块速度明显减小,故相撞的位置在 处,故②正确。(2)设碰撞前滑块A在的速度 分别为,碰撞后,整体在的速度分别为,则,又,解得碰撞前滑块A速度,同理,碰撞后整体的速度,需要验证的方程为,将以上两式代入整理得,故需要直接测量的物理量是两个滑块的质和及和 ,故①、⑥正确。(3)提高实验准确度或改进实验原理的建议: ①用更平整的轨道槽.轨道要平整,防止 各段摩擦力不同,滑块做非匀变速运动。②在足够成像的前提下,缩短频闪照相每 次曝光的时间,碰撞时间很短,缩短频闪照 相每次曝光的时间,使滑块碰撞位置拍摄更清晰、准确。③适当增大相机和轨道槽的距离,相机和轨道槽的距离较小时.由于镜头拍摄引起 的距离误差增大,应适当增大相机和轨道 槽的距离。④将轨道的一端垫起少许,平衡摩擦力,使得滑块碰撞前后都做匀速运动。
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