新高考浙江版2025届高考物理一轮总复习训练第6单元动量实验练8验证动量守恒定律(人教版)

这是一份新高考浙江版2025届高考物理一轮总复习训练第6单元动量实验练8验证动量守恒定律(人教版)，共7页。试卷主要包含了17 ms、29，3 cm,x车=25，25ms等内容，欢迎下载使用。

(1)本实验中,要求满足的条件不必要的是 (填选项前的序号)。
A.斜槽轨道必须是光滑的
B.斜槽轨道末端的切线是水平的
C.入射小球每次都从斜槽上的同一位置无初速释放
D.入射球与被碰球质量要满足m1>m2
(2)实验中,直接测量小球碰撞前后的速度是不容易的,但是,可以通过测量 (填选项前的序号),间接地解决这个问题。
A.小球开始释放的高度h
B.小球抛出点距地面的高度H
C.小球做平抛运动的水平射程
(3)在误差允许范围内,要验证的两个小球碰撞前后动量守恒方程式是 。
2.(2023浙江绍兴高三二模)在用气垫导轨做“验证动量守恒定律”的实验中。
(1)有同学提出了调节气垫导轨的两种方案,如图所示,则符合该实验要求的是方案 (选填“一”或“二”)。
(2)该实验装置如图所示,两滑块质量分别为mA=333 g、mB=233 g,两遮光条宽度均为d。现接通气源,将滑块A向右弹出,与静止的滑块B发生碰撞,计时器获得三组挡光时间为25.17 ms、29.25 ms、171.6 ms。碰撞后滑块B对应挡光时间为 (选填“25.17 ms”“29.25 ms”或“171.6 ms”)。
3.在验证动量守恒的实验中,某兴趣小组设计了图甲所示的实验装置。给气垫导轨上的两个滑块加装一小车轨道,轨道上放置遥控小车。控制遥控小车移动一定距离,将小车和滑块运动过程拍成视频,利用软件进行分析,软件可以自动生成滑块对地位移和小车对地位移相关数据信息。
(1)组装滑块和小车轨道,打开气泵,将滑块和小车放置于导轨上,若小车和滑块能在导轨上 ,则说明轨道调平了。
(2)某次实验录制视频后用软件分析结果如图乙所示,测得滑块对地位移x滑和小车对地位移x车,要想验证动量守恒还需要测量出小车的质量m和 的质量m'。代入 ,检验是否满足该关系式,从而验证系统是否满足动量守恒。
(3)经过测量,m=74 g,x滑=4.3 cm,x车=25.7 cm,则m'= g(保留一位小数);经过软件分析,在时间t内生成出如图丙所示图像,图中a代表小车的动量,则b代表 ,c代表 。
4.(2023浙江金丽衢嘉四地市期末)如图甲所示,某物理兴趣小组同学用两个小球碰撞探究“碰撞中的不变量”。实验时先让质量为m1的A球从斜槽上某一固定位置C由静止释放,A球从轨道末端水平抛出,落到位于水平地面的复写纸上,在下面的白纸上留下痕迹,重复上述操作10次,得到10个落点痕迹的平均落点P,再把质量为m2的B球放在水平轨道末端,将A球仍从位置C由静止释放,A球与B球碰撞后,分别在白纸上留下各自的落点痕迹,重复操作10次,M、N分别为碰后两个落点的平均位置,O点是水平轨道末端在记录纸上的竖直投影点,如图乙所示。
(1)要保证实验成功,入射小球A的质量应 (选填“大于”“等于”或“小于”)被碰小球B的质量,入射小球A的直径 (选填“必须等于”或“可以不等于”)被碰小球B的直径。
(2)下列说法正确的是 。
A.安装的斜槽轨道必须光滑,末端必须水平
B.实验前应该测出斜槽末端距地面的高度
C.除了图中器材外,完成本实验还必须使用的器材是天平、刻度尺
(3)实验中,测量出两个小球的质量分别为m1、m2,测量出三个落点的平均位置与O点的距离OM、OP、ON的长度分别为x1、x2、x3,在实验误差允许范围内,若满足关系式 (用所测物理量的字母表示),则可以认为两球碰撞前后的总动量守恒。若满足关系式 (用所测物理量的字母表示),则可认为该碰撞为弹性碰撞。
(4)另一实验小组改进了实验装置用来探究碰撞前后动能的变化,如图丙所示,方案如下:让从斜槽轨道滚下的小球打在正对的竖直墙上,把白纸和复写纸附在墙上,记录小球的落点。选择半径相等的钢珠A和塑料球B进行实验,测量出A、B两球的质量分别为m1、m2,其他操作重复前面探究“碰撞中的不变量”的步骤。如果M'、P'、N'为竖直记录纸上三个落点的平均位置,小球静止于水平轨道末端时球心在竖直记录纸上的水平投影点为O',用刻度尺测量M'、P'、N'到O'的距离分别为y1、y2、y3。在实验误差允许范围内,若满足关系式 (用所测物理量的字母表示),则可认为碰撞前后两球的总动能相等。
5.(2023浙江天高教育共同体高三一模)研究斜槽末端小球碰撞时动量是否守恒的实验装置如图所示。主要实验步骤如下:
a.将斜槽PQR固定在铁架台上,使槽的末端QR水平;
b.使质量较大的A球从斜槽上某一位置由静止滚下,落到位于水平地面的记录纸上,留下痕迹;
c.再把半径相同、质量较小的B球放在水平槽上靠近槽末端的地方,让A球仍从刚才的位置由静止开始滚下,和B球碰撞后,A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹;
d.记录纸上的O点为水平槽末端R在记录纸上的垂直投影,D、E、F为三个落点的平均位置。用刻度尺测量出OD、OE、OF的距离,记为x1、x2、x3,测量A球的质量为mA,B球的质量为mB,且mA=3mB。
(1)实验中,通过测量小球做平抛运动的水平位移来代替小球的速度。
①本实验必须满足的条件是 。
A.水平槽QR尽量光滑以减小误差
B.斜槽轨道末端的切线必须水平
C.A球每次必须从轨道的同一位置由静止滚下
②图中的落点痕迹D代表 。
A.A球第一次抛出的落地点
B.A球与B球碰撞后,A球的落地点
C.A球与B球碰撞后,B球的落地点
③若两球相碰前后的动量守恒,其表达式可表示为 。
(2)某位同学在实验时,使质量为mA的入射小球A每次从轨道的同一位置由静止滚下,更换被碰小球B,使其半径不变,但质量mB分别为A球质量的。用刻度尺测量出每次落点痕迹距离O点的OD、OE、OF的距离,记为x1、x2、x3。
①请在x1-x3图中画出这三个坐标点的示意图;
②分析说明如何利用这些坐标点证明两球相碰前后动量守恒 ;
③若每次碰撞过程均为弹性碰撞,这些坐标点应该满足什么条件 。
参考答案
实验练8 验证动量守恒定律
1.答案 (1)A (2)C (3)m1lOP=m1lOM+m2lON
解析 (1)“验证动量守恒定律”的实验中,是通过平抛运动的基本规律求解碰撞前后的速度,只要离开轨道后做平抛运动,对斜槽是否光滑没有要求,故A错误;要保证每次小球都做平抛运动,则轨道的末端必须水平,故B正确;要保证碰撞前速度相同,所以每次入射小球都要从同一高度由静止滚下,故C正确;为了保证小球碰撞是对心碰撞,且碰后不反弹,要求m1>m2,故D正确。本题选不正确的,故选A。
(2)要验证动量守恒,则验证m1v1=m1v2+m2v3,小球离开斜槽后做平抛运动,它们抛出点高度相等,在空间的运动时间相等,有m1v1t=m1v2t+m2v3t,即m1·lOP=m1·lOM+m2·lON,可知直接测量小球碰撞前后的速度是不容易的,但是,可以通过测量小球的水平位移代替初速度。故选C。
(3)在误差允许范围内,要验证的两个小球碰撞前后动量守恒方程式是m1·lOP=m1·lOM+m2·lON。
2.答案 (1)二 (2)29.25 ms
解析 (1)验证动量守恒定律的实验中,气垫导轨应该调成水平状态,故选方案二。
(2)由于滑块A的质量大于滑块B的质量,则两滑块相撞后,滑块A的速度vA方向仍然向右,比碰撞前的速度v0小,且应该小于碰撞后滑块B的速度vB,所以v0>vB>vA,由v=可知,滑块B对应挡光时间应为29.25ms。
3.答案 (1)静止 (2)小车轨道和两滑块 mx车=m'x滑
(3)442.3 小车、小车轨道和两滑块系统总动量 小车轨道和两滑块的动量
解析 (1)组装滑块和小车轨道,打开气泵,将滑块和小车放置于导轨上,若小车和滑块能在导轨上静止,则说明轨道调平了。
(2)若小车和导轨滑块系统动量守恒,则满足
mv车=m'v滑
即
mv车t=m'v滑t
mx车=m'x滑
则要想验证动量守恒还需要测量出小车的质量m、小车轨道和两滑块的总质量m'。代入
mx车=m'x滑
检验是否满足该关系式,从而验证系统是否满足动量守恒。
(3)经过测量,m=74g,x滑=4.3cm,x车=25.7cm,代入
mx车=m'x滑
则
m'=442.3g
经过软件分析,在时间t内生成如题丙所示图像,图中a代表小车的动量,则b代表小车、小车轨道和两滑块系统总动量;c代表小车轨道和两滑块的动量。
4.答案 (1)大于 必须等于
(2)C
(3)m1x2=m1x1+m2x3 x1+x2=x3
(4)
解析 (1)为了保证入射小球碰后不反弹,入射小球A的质量应大于被碰小球B的质量;为保证两球做平抛运动,需要两球碰后速度沿水平方向,所以两球球心连线应该水平,故两球直径必须相等,即入射小球A的直径必须等于被碰小球B的直径。
(2)安装的轨道不必光滑,因为m1每次与轨道的摩擦力均相同,为了让小球做平抛运动,末端必须水平,故A错误;实验前不必测出斜槽末端距地面的高度,保持高度不变即可,故B错误;除了图中器材外,完成本实验还必须使用的器材是天平、刻度尺,故C正确。
(3)根据动量守恒定律得
m1·=m1·+m2·
解得两球碰撞只要满足
m1x2=m1x1+m2x3
则可以认为两球碰撞前后的总动量守恒;
若是弹性碰撞,满足机械能守恒
m1·m1·m2·
联立得
x1+x2=x3。
(4)根据平抛运动得
x=v0t
y=gt2
解得
若碰撞前后两球的总动能相等,则
m1×m1×m2×
解得
。
5.答案 (1)BC B mAx2=mAx1+mBx3(3x2=3x1+x3也对)
(2)见解析图 见解析 三个坐标点均在截距为-x2、斜率为1的直线上
解析 (1)水平槽QR不需要光滑,只要保证每次入射小球从同一位置静止释放即可保证其每次与被撞小球碰前的速度相同,同时两小球离开斜槽后应做平抛运动,所以轨道末端必须水平,故选BC。
E点是A球第一次抛出的落地点,D点是A球与B球碰撞后,A球的落地点,F点是A球与B球碰撞后,B球的落地点,故选B。
碰撞过程中,如果动量守恒,由动量守恒定律得mAv0=mAv1+mBv2,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,即mAv0t=mAv1t+mBv2t,即mAx2=mAx1+mBx3,又因mA=3mB,所以也可以表示为3x2=3x1+x3。
(2)这三个坐标点的x1-x3示意图如图所示。
若两球相碰前后动量守恒,当mB=mA时,由mAx2=mAx1+mBx3,可得x1-x3的关系为x1=-x3+x2,根据测量的x2,先在x1-x3坐标系中作出截距为x2、斜率为-的一条直线,然后在x1-x3坐标系中画出测量的坐标点(x3,x1),若该点正好在直线上,则说明两球相碰前后动量守恒;同理当mB=mA、mB=mA时,可得x1-x3的关系分别为x1=-x3+x2、x1=-x3+x2,根据测量的x2,先在x1-x3坐标系中作出截距为x2,斜率分别为-、-的直线,然后在x1-x3坐标系中画出测量的坐标点(x3,x1),若该点正好在对应的直线上,则说明两球相碰前后动量守恒。若小球之间发生弹性碰撞,则有mAmAv12+mBv22,联立动量守恒的关系可得v1=v0,v2=v0,当mB=mA时,则有v1=v0,v2=v0,所以x1=x2,x3=x2,则x1、x3满足关系式x1=x3-x2,即坐标点(x3,x1)在截距为-x2、斜率为1的直线上;同理,可以证明当mB=mA、mB=mA时,x1、x3也满足关系式x1=x3-x2,故若每次碰撞过程均为弹性碰撞,则三个坐标点均在截距为-x2、斜率为1的直线上,如图所示。