2022版高考物理一轮复习训练：第6章 实验7 验证动量守恒定律

第六章  实验7

知识巩固练习

1．(2021年山东名校检测)某同学利用打点计时器和气垫导轨做验证动量守恒定律的实验，气垫导轨装置如图甲所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成．在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔，向导轨空腔内不断通入压缩空气，空气会从小孔中喷出，使滑块稳定地漂浮在导轨上，这样就大大减少了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差．

下面是实验的主要步骤：

①安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；

②向气垫导轨通入压缩空气；

③把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧，将纸带穿过打点计时器和弹射架并固定在滑块1的左端，调节打点计时器的高度，直至滑块拖着纸带移动时，纸带始终在水平方向；

④使滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；

⑤把滑块2放在气垫导轨的中间，已知碰后两滑块一起运动；

⑥先__________________，然后________，让滑块带动纸带一起运动；

⑦取下纸带，重复步骤④⑤⑥，选出较理想的纸带，如图乙所示；

⑧测得滑块1(包括撞针)的质量为310 g，滑块2(包括橡皮泥)的质量为205 g.

(1)请完善实验步骤⑥的内容(填到步骤⑥横线上)．

(2)已知打点计时器每隔0.02 s打一个点，计算可知两滑块相互作用前质量与速度的乘积之和为______kg·m/s；两滑块相互作用以后质量与速度的乘积之和为______kg·m/s.(保留3位有效数字)

(3)试说明(2)中两结果不完全相等的主要原因是______________________________．

【答案】(1)接通打点计时器的电源　放开滑块1

(2)0.620　0.618　(3)纸带与打点计时器的限位孔有摩擦

【解析】(1)使用打点计时器时应先接通电源，后放开滑块1.

(2)作用前滑块1的速度v1＝ m/s＝2 m/s，其质量与速度的乘积为0.310×2 kg·m/s＝0.620 kg·m/s，作用后滑块1和滑块2具有相同的速度v＝ m/s＝1.2 m/s，其质量与速度的乘积之和为(0.310＋0.205)×1.2 kg·m/s＝0.618 kg·m/s.

(3)相互作用前后动量减小的主要原因是纸带与打点计时器的限位孔有摩擦．

2．(2021届成都名校质检)某同学用图甲所示装置验证动量守恒定律．主要实验步骤如下：

①将斜槽固定在水平桌面上，调整末端切线水平；

②将白纸固定在水平地面上，白纸上面放上复写纸；

③用重锤线确定斜槽末端在水平地面上的投影点O；

④让小球A紧贴定位卡由静止释放，记录小球的落地点，重复多次，确定落地点的中心位置Q；

⑤将小球B放在斜槽末端，让小球A紧贴定位卡由静止释放，记录两小球的落地点，重复多次，确定A、B两小球落地点的中心位置P、R；

⑥用刻度尺测量P、Q、R距O点的距离x1、x2、x3；

⑦用天平测量小球A、B质量m1、m2；

⑧分析数据，验证等式m1x2＝m1x1＋m2x3是否成立，从而验证动量守恒定律．

请回答下列问题：

(1)步骤⑤与步骤④中定位卡的位置应__________________________．

(2)步骤④与步骤⑤中重复多次的目的是________________________．

(3)为了使小球A与B碰撞后运动方向不变，A、B质量大小关系为m1______m2.(填“>”“<”或“＝”)

(4)如图乙是步骤⑥的示意图，则步骤④中小球落地点距O点的距离为______m.

【答案】(1)保持不变　(2)减少实验误差　(3)>

(4)0.372 3(0.372 1～0.372 4)

【解析】(1)为使入射球到达斜槽末端时的速度相等，应从同一位置由静止释放入射球，即步骤⑤与步骤④中定位卡的位置应保持不变．

(2)步骤④与步骤⑤中重复多次的目的是减少实验误差．

(3)为了使小球A与B碰后运动方向不变，A、B质量大小关系为m1>m2.

(4)由图示刻度尺可知，其分度值为1 mm，步骤④中小球落点距O点的距离为OQ＝37.23 cm＝0.372 3 m.

综合提升练习

3．某兴趣小组设计了一个寻求碰撞前后不变量的实验．实验器材有：打点计时器、低压交流电源(f＝50 Hz)、纸带、刻度尺、表面光滑的平直金属轨道、带撞针的小车甲、带橡皮泥的小车乙、天平．

该小组实验的主要步骤有：

A．用天平测出小车甲的质量m1＝0.50 kg，小车乙的质量m2＝0.25 kg

B．更换纸带重复操作三次

C．接通电源，并给甲车一定的初速度v甲

D．将平直轨道放在水平桌面上，在其一端固定打点计时器，连接电源

E．将小车甲靠近打点计时器放置，在车后固定纸带，将小车乙静止地放在平直轨道中间位置

(1)上述实验步骤合理的顺序为__________．

(2)从打下的纸带中，选取比较理想的一条，如下图所示，请补充完成下表(均保留2位有效数字)．

(3)根据以上数据寻找出碰撞前后不变量的表达式为__________________．

【答案】(1)ADECB　(2)见解析

(3)m甲v甲＋m乙v乙＝(m甲＋m乙)v共

【解析】(1)在实验中首先需要测量出两滑块的质量，然后再安装装置，安装时先要将轨道放置在桌面上，然后将小车放在轨道上，并且靠近打点计时器，接通电源后开始实验，要注意多次重复实验，故步骤为ADECB．

(2)将数据写入以下表格：

(3)根据表格数据可知，守恒的量应是mv，故表达式为m甲v甲＋m乙v乙＝(m甲＋m乙)v共．