2024高考物理一轮复习考点攻破训练——实验：实验动能守恒定律练习含解析教科版

这是一份2024高考物理一轮复习考点攻破训练——实验：实验动能守恒定律练习含解析教科版，共5页。

图1
①在水平木板表面钉上白纸和复写纸，并将该木板竖直立于紧靠槽口处，使小球a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O；
②将木板水平向右移动一定距离并固定，再使小球a从固定点处由静止释放，撞到木板上．重复多次，用尽可能小的圆把小球的落点圈在里面，其圆心就处与小球落点的平均位置，得到痕迹B；
③把小球b静止放在斜槽轨道水平段的最右端，让小球a仍从固定点处由静止释放，和小球b相碰后，重复多次，并使用与第二步同样的方法分别标出碰撞后两个小球落点的平均位置，得到两球撞在木板上痕迹A和C.
(1)为了保证在碰撞过程中a球不反弹，a、b两球的质量m1、m2间的关系是m1________m2(选填“大于”“小于”“等于”)；
(2)完成本实验，必须测量的物理量有________．
A．小球a开始释放的高度h
B．木板水平向右移动的距离l
C．a球和b球的质量分别为m1、m2
D．O点到A、B、C三点的距离分别为y1、y2、y3
(3)若(2)所给选项的物理量均已知，若满足条件________(用测量量表示)，则表示两小球发生的是弹性碰撞．
2．(2020·安徽省皖江名校联盟联考)如图2甲所示为晓宇同学利用气垫导轨验证动量守恒定律的实验装置，利用弹射装置给滑块a一水平向右的速度，使其拖动纸带在气垫导轨上运动，经过一段时间滑块a与静止的滑块b发生相互作用，两滑块碰后粘合在一起共同在气垫导轨上运动，在整个过程中打出的纸带如图乙所示．已知两滑块的质量分别用ma、mb表示，纸带上打出相邻两点之间的时间间隔为T.
图2
(1)若碰撞过程系统的动量守恒，则需验证的关系式为
________________________________________________________________________；
(2)如果将上述物理量均测量出，代入数据后发现碰前的动量略大于碰后的动量，请分析引起实验误差的原因：
________________________________________________________________________.
3．(2019·北京市丰台区第二次模拟)在“验证动量守恒定律”的实验中，甲、乙两位同学采用了不同的实验方案．
(1)如图3所示，甲同学利用“碰撞实验器”验证动量守恒定律．
图3
①实验中，斜槽轨道末端________(选填选项前字母)．
A．必须水平 B．要向上倾斜 C．要向下倾斜
②若入射小球质量为m1，半径为r1；被碰小球质量为m2，半径为r2.实验要求m1________m2，r1________r2(选填“＞”“＜”或“＝”)．
③图中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影．实验时，先让入射小球m1多次从斜轨上S位置由静止释放，找到其平均落点位置P，测量平抛射程OP；然后把被碰小球m2静置于轨道水平部分末端，再将入射小球m1从斜轨上S位置由静止释放，与小球m2相碰，并多次重复．空气阻力忽略不计，接下来要完成的必要步骤是________(填选项前的字母)．
A．测量两个小球的质量m1、m2
B．测量小球m1开始释放时的高度h
C．测量抛出点距地面的高度H
D．分别找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、N
E．测量平抛射程OM、ON
F．测量两个小球的半径r1、r2
④若两小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，则还可以写出表达式为____________________(用③中测量的量表示)．
(2)如图4所示，乙同学利用此装置验证动量守恒定律．水平气垫导轨(轨道与滑块间摩擦力忽略不计)上装有两个光电计时装置C和D，可记录遮光片的遮光时间．将滑块A、B静止放在导轨上，乙同学按照如下步骤进行试验：
图4
a．测量滑块A的质量mA，测量滑块B的质量mB
b．测量滑块A的遮光片的宽度d1，滑块B的遮光片的宽度d2
c．给滑块A一个向右的瞬时冲量，让滑块A与静止的滑块B发生碰撞后，B、A依次通过光电计时装置D
d．待B、A完全通过光电计时装置D后用手分别按住
e．记录光电计时电装置C显示的时间t1和装置D显示的时间t2、t3
①完成上述实验步骤需要的实验器材有____________．
②按照乙同学的操作，若两滑块碰撞前后的动量守恒，其表达式可表示为_________________；两滑块碰撞过程中损失的机械能为______________________________．
答案精析
1．(1)大于 (2)CD (3)eq \f(1,\r(y2))＋eq \f(1,\r(y3))＝eq \f(1,\r(y1))
解析 (3)碰撞后水平位移相等，那么用竖直位移表示初速度．v＝eq \f(x,t)＝eq \f(x,\r(\f(2y,g)))，由动量守恒与能量守恒得：m1v0＝m1v1＋m2v2，eq \f(1,2)m1v02＝eq \f(1,2)m1v12＋eq \f(1,2)m2v22，联立可得：v0＋v1＝v2，
即：eq \f(1,\r(y2))＋eq \f(1,\r(y3))＝eq \f(1,\r(y1))，所以上式是弹性碰撞的条件．
2．(1)7max2＝5(ma＋mb)x1
(2)纸带与打点计时器的限位孔有摩擦或空气阻力等
解析 (1)弹射出滑块a后，滑块a做匀速运动，滑块a与滑块b发生碰撞后一起做匀速运动，由题中的条件可知，碰撞前滑块a的动量为：p1＝mava＝ma·eq \f(x2,5T)，滑块b的动量为零，则碰撞前两滑块的总动量为ma·eq \f(x2,5T)；碰撞后两滑块的速度相等，所以碰撞后总动量为：p2＝(ma＋mb)vb＝(ma＋mb)·eq \f(x1,7T)；若系统的动量守恒，则应有p1＝p2，整理得7max2＝5(ma＋mb)x1；(2)因为纸带与打点计时器限位孔有摩擦力的作用，同时还有空气阻力等因素存在，从而使两结果并不完全相同，但在误差允许的范围内，可以认为动量守恒．
3．(1)①A ②> ＝ ③ADE ④m1·OP＝m1·OM＋m2·ON m1·OP2＝m1·OM2＋m2·ON2 (2)①天平、刻度尺
②eq \f(mAd1,t1)＝eq \f(mAd1,t3)＋eq \f(mBd2,t2) eq \f(1,2)eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(mAd12\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,t12)－\f(1,t32)))－mBd22\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,t22)))))
解析 (1)①实验中，斜槽轨道末端必须要水平，以保证小球能做平抛运动，故选A；
②为保证两球发生正碰，要求两球必须要等大，即r1＝r2；为防止入射球反弹，则入射球的质量要大于被碰球的质量，即m1>m2；
③要验证动量守恒定律，即验证：m1v1＝m1v2＋m2v3，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：m1v1t＝m1v2t＋m2v3t，得：m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，因此需要完成的必要的操作步骤是ADE.
④实验需要验证：m1·OP＝m1·OM＋m2·ON；若碰撞时为弹性碰撞，则有：eq \f(1,2)m1v12＝eq \f(1,2)m1v22＋eq \f(1,2)m2v32，即eq \f(1,2)m1·OP2＝eq \f(1,2)m1·OM2＋eq \f(1,2)m2·ON2
故m1·OP2＝m1·OM2＋m2·ON2；
(2)①完成上述实验步骤需要的实验器材有天平和刻度尺；
②碰撞前后滑块A的速度分别为：vA0＝eq \f(d1,t1)，vA1＝eq \f(d1,t3)
碰撞后滑块B的速度为：vB＝eq \f(d2,t2)
则要验证的关系是：mAvA0＝mAvA1＋mBvB，
即eq \f(mAd1,t1)＝eq \f(mAd1,t3)＋eq \f(mBd2,t2)；
两滑块碰撞过程中损失的机械能为：
ΔE＝eq \f(1,2)mAvA02－eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)mAvA12＋\f(1,2)mBvB2))
＝eq \f(1,2)eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(mAd12\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,t12)－\f(1,t32)))－mBd22\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,t22)))))；