备考2024届高考物理一轮复习讲义第七章动量守恒定律实验八验证动量守恒定律命题点2创新设计实验

这是一份备考2024届高考物理一轮复习讲义第七章动量守恒定律实验八验证动量守恒定律命题点2创新设计实验，共3页。试卷主要包含了40s－2，12等内容，欢迎下载使用。

①将斜槽轨道放置在水平桌面上；
②用天平测得A、B两个滑块的质量分别为m1、m2；
③不放滑块B，使滑块A从倾斜轨道顶端P点由静止释放，滑块A最终静止在平直轨道上，记下滑块A静止时其右侧面对应的刻度x1；
④把滑块B放在平直轨道上，记下其左侧面对应的刻度x0；
⑤让滑块A仍从倾斜轨道顶端P点由静止释放，滑块A与滑块B发生碰撞后最终均静止在平直轨道上，记下最终滑块B静止时其左侧面对应的刻度x2、滑块A静止时其右侧面对应的刻度x3.
（1）实验中，必须满足的条件是 C .
A.倾斜轨道光滑
B.平直轨道水平
C.滑块A的质量应大于滑块B的质量
D.同一组实验中，滑块A静止释放的位置可以不同
（2）实验中滑块A碰撞前的速度大小v0与 D 成正比.
A.x1B.x1－x0
C.（x1－x0）2D.x1－x0
（3）若关系式 m1x1－x0＝m1x3－x0＋m2x2－x0 成立，则可得出结论：滑块A、B碰撞过程动量守恒.若要进一步验证滑块A、B的碰撞是否为弹性碰撞，则应验证关系式 m1（x1－x0）＝m1（x3－x0）＋m2（x2－x0） 是否成立.（均用给定的物理量符号表示）
解析 （1）倾斜轨道不一定光滑，只要滑块A到达底端的速度相同即可，A错误；因为两滑块的材料相同，表面的粗糙程度相同，则由牛顿第二定律有mgsinθ－μmgcsθ＝ma，得a＝gsinθ－μgcsθ，可知无论轨道是否水平，两滑块在轨道上运动的加速度都相同，所以平直轨道不是必须水平，B错误；为防止滑块A与滑块B碰后反弹，则滑块A的质量必须大于滑块B的质量，C正确；为保证滑块A每次到达倾斜轨道底端的速度相同，则同一组实验中，滑块A静止释放的位置要相同，D错误.
（2）对滑块A，由动能定理有－μm1g（x1－x0）＝0－12m1v02，可得滑块A碰撞前的速度大小v0＝2μg（x1－x0），即v0∝x1－x0，故D正确.
（3）若滑块A、B碰撞过程动量守恒，则有m1v0＝m1v1＋m2v2，又v0＝2μg（x1－x0），v1＝2μg（x3－x0），v2＝2μg（x2－x0），联立可得m1x1－x0＝m1x3－x0＋m2x2－x0.若滑块A、B发生弹性碰撞，则由机械能守恒定律得12m1v02＝12m1v12＋12m2v22，联立可得m1（x1－x0）＝m1（x3－x0）＋m2（x2－x0）.
4.[实验目的创新/2021山东]某乒乓球爱好者，利用手机研究乒乓球与球台碰撞过程中能量损失的情况.实验步骤如下：
①固定好手机，打开录音功能；
②从一定高度由静止释放乒乓球；
③手机记录下乒乓球与台面碰撞的声音，其随时间（单位：s）的变化图像如图所示.
根据声音图像记录的碰撞次序及相应碰撞时刻，如下表所示.
根据实验数据，回答下列问题：
（1）利用碰撞时间间隔，计算出第3次碰撞后乒乓球的弹起高度为 0.20 m（保留2位有效数字，当地重力加速度g＝9.80m/s2）.
（2）设碰撞后弹起瞬间与该次碰撞前瞬间速度大小的比值为k，则每次碰撞损失的动能为碰撞前动能的 1－k2 倍（用k表示），第3次碰撞过程中k＝ 0.95 （保留2位有效数字）.
（3）由于存在空气阻力，第（1）问中计算的弹起高度 高于 （填“高于”或“低于”）实际弹起高度.
解析 （1）第3次碰撞到第4次碰撞用时t0＝2.40s－2.00s＝0.40s，根据竖直上抛运动的对称性可知第3次碰撞后乒乓球弹起的高度为h0＝12g（t02）2＝12×9.8×0.22m≈0.20m.
（2）设碰撞后弹起瞬间的速度为v2，碰撞前瞬间的速度为v1，由题意知v2v1＝k，则每次碰撞损失的动能与碰撞前动能的比值为12mv12－12mv2212mv12＝1－（v2v1）2＝1－k2，第3次碰撞前瞬间的速度为第2次碰后从最高点落地瞬间的速度，即v＝gt＝（2.00－1.582）×9.8m/s＝2.058m/s，第3次碰撞后瞬间的速度为v'＝gt'＝（2.40－2.002）×9.8m/s＝1.96m/s，则第3次碰撞过程中k＝v'v≈0.95.
（3）由于存在空气阻力，乒乓球在上升过程中受到向下的阻力和重力，根据能量的转化与守恒可知，弹起后的动能一部分转化为因空气阻力做功产生的热量，另一部分转化为乒乓球的重力势能，故乒乓球到达最高位置时，重力势能的理论值大于实际值，所以第（1）问中计算的弹起高度高于实际弹起的高度.
碰撞次序
1
2
3
4
5
6
7
碰撞
时刻（s）
1.12
1.58
2.00
2.40
2.78
3.14
3.47