专题18 验证动量守恒定律（解析版）.docx

高二物理寒假作业(章节补弱+自测提高)专题18验证动量守恒定律1.某同学做验证碰撞过程中的动量守恒的实验，实验装置如图所示，曲面体与足够长的长木板固定在水平面上，曲面体的曲面最底端与长木板左端上表面在P点平滑连接。(I)该同学先将物块A放在曲面上的Q点由静止释放，物块A滑上长木板后，最后停在长木板上，测出物块A在长木板上滑行的距离1；然后将物块B放在长木板左端上表面，让物块A仍从Q点由静止释放，两物块在P点发生正碰，碰后物块A、B均沿长木板向右滑行，最后停下时，测出A、B在长木板上滑行的距离分别为乙、1对实验的要求，下列说法正确的是.A.物块A的质量应大于物块B的质量B.物块A、B与长木板的动摩擦因数应相同C.曲面应尽可能的光滑D.Q点离木板的高度应适当大些(2)要验证两物体碰撞过程中的动量守恒，实验还需要测量的物理量是(写出物理量的名称和符号)，若表达式成立，则A、B两物块碰撞过程中动量守恒得到验证。【答案】ABD物块A的质量加-物块B的质量七=+【详解】(1)A.为了保证A与B相碰后，A能继续向前滑行，物块A的质量应大于物块B的质量，选项A正确；B.为了便于验证动量守恒，应保证物块A、B与长木板的动摩擦因数相同，选项B正确；C.曲面是否光滑不影响实验结果，选项C错误；D.Q点离木板的高度适当大些，可以使A、B碰撞前后的速度较大，在长木板上滑行的距离较远，可以减少实验误差，选项D正确(2)23要验证两物体碰撞过程中的动量守恒,还需要测量的物理量:物块A的质量叫、物块B的质量也;设物块与长木板的动摩擦因数为4,由动能定理得-"根孔=。-加2则碰撞前物块A的速度V=而记同理可得碰撞后物块A的速度v1=pg11物块B的速度v2=y2g12若动量守恒，则my2g1=my2g11+m22g12即叫JZ二州"+秋直"成立。2.某实验小组用光滑导轨验证滑块碰撞过程中动量守恒。实验装置如图甲所示，两滑块置于导轨上，其中滑块2左侧粘有橡皮泥。（1）电火花计时器固定在紧靠导轨左端并连接在50HZ交流电源上，将纸带穿过计时器并固定在滑块1的左端，图中未画出，调节打点计时器的高度使纸带始终与导轨平行。主要步骤：实验前应调节导轨底部的调节旋钮，使导轨;把滑块2放在导轨的中间，使滑块1置于左端弹射架上；先，然后释放滑块1让滑块1带动纸带一起运动；取下纸带，重复步骤，选出理想的纸带；用天平测得滑块1的质量为300g,滑块2（包括橡皮泥）的质量为346g0（2）某次实验打出的纸带如图乙所示（纸带上的点为自然点）。两滑块碰撞之前系统的总动量为kg-m/s；两滑块碰撞之后系统的总动量为kg.m/s（结果均保留3位有效数字）。【详解】（1）田根据动量守恒定律的守恒条件可知，水平方向系统不受外力时动量守恒，所以实验前应调节导轨底部的调节旋钮，使导轨水平；为了提高纸带的利用率，应先接通电源然后释放滑块Io（2）3如图所示，AB=7.2cm=7.2×102m;CD=13.0cm=13.0×102m打点周期T=O.02s,滑块1是向右运动再与滑块2碰撞粘在一起的，所以粘前速度较大，那么碰撞前的速度cdIqf）X12为V=W=PUX1U-=.3ms两滑块碰撞之前系统的总动量为夕=其中叫=300g=0.3kg解得5T5×0.02P=0390kgm/s滑块1与滑块2碰撞后粘在一起的速度为M=M=Z21ms=0.6ms碰后总动量为6T6×0.02p'=(m1+m2)M其中机2=346g=0.346kg解得P=0.388kgm/s3.某物理兴趣小组利用如图所示的装置验证动量守恒定律。图中。是小球抛出点在水平地面上的垂直投影点。实验操作步骤如下：用天平分别测量出球1、球2的质量mi、m2;先让球1多次从斜轨上S位置由静止释放，找到其平均落地点P的位置，测出平均落地点P与。点的距离；把球2静置于轨道水平部分末端，再将球1从斜轨上S位置由静止释放，与球2碰撞，找到两球体的平均落地点MM,并分别测出平均落地点N、M与O点的距离；多次重复实验。(1)对于实验过程的分析，下列说法正确的是。A.球1的质量应比球2的质量大B.小球与斜轨间的摩擦对实验有影响C.球1必须从同一高度静止释放D.两个小球的半径可以不同(2)若两小球碰撞前后的动量守恒，其表达式可表示为o(用题中测量的物理量的符号表示)(3)若两小球质量均没有测量，只知道m>m2,则只需验证表达式成立，即可证明发生的碰撞是弹性碰撞。(用测量的物理量的符号表示)【答案】ACm1OP=m1OM+m2ONmOP2=m1OM2+m2ON2【详解】(1)1A.为防止碰撞后入射球反弹，入射球1的质量应比被碰小球2质量大，故A正确。B.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的，只要离开轨道后做平抛运动，小球与斜槽间的摩擦对实验没有影响，故B错误。C.要保证碰撞前的速度相同，所以入射球每次都要从同一高度由静止滚下，故C正确。D.为了保证小球碰撞为对心正碰，两球的半径必须相等，故D错误。应选AC0(2)2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mw=mw2+m2X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m1OP=m1OM+m1ON3弹性碰撞过程系统动量守恒、机械能守恒，由机械能守恒定律得¥+；色年两边同时乘以F得g四/2=；叫J2+；丐呼2贝“有mQp1-m0M2+m20N14.某同学利用气垫导轨做寻求碰撞中的不变量的实验，实验装置如图所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架、光电门等组成。(1)实验的主要步骤：安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；向气垫导轨通人压缩空气；接通光电门电源；两滑块之间有一压缩的弹簧，并用细线连在一起(图中未画出)，开始时两滑块放在气垫导轨中间；测出遮光片的宽度d=9mm,测得左侧滑块的质量为IOog,右侧滑块的质量为150g。(2)数据处理与实验结论：实验中气垫导轨的作用是：b.；规定水平向右为正方向，则两滑块被弹开时左侧滑块的质量与速度的乘积mw=gms,两滑块质量与速度的乘积的矢量和mv+m2V2=gms,说明两滑块在被弹开的过程中不变。【详解】（2）a1大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差;b2保证两个滑块的碰撞在一条直线上；/79x10-3左侧滑块通过左侧光电门的速度为匕=7=-gms=0.225ms规定水平向右为正方向，则两滑块被弹开时左侧滑块的质量与速度的乘积rriv=-IOOXms=-msdQ1Q-3右侧滑块通过右侧光电门的速度为%=FmzS=0.15ms规定水平向右为正方向，两滑块质量与2U.（J速度的乘积的矢量和mv1+m2v2=-100X+150Xms=0由上式可知碰撞后左右两滑块的总动量为零，说明两滑块在被弹开的过程中动量不变。5 .（1）利用气垫导轨通过闪光照相进行探究碰撞中的不变量这一实验，实验要求研究两滑块碰撞时动能损失很小和很大等各种情况，若要求碰撞时动能损失最大应选图中的图（填甲或乙），若要求碰撞时动能损失最小则应选图（填甲或乙）。（甲图两滑块分别装有弹性圈，乙图两滑块分别装有撞针和橡皮泥）（2）某次实验时碰撞前B滑块静止，入滑块匀速向B滑块运动并发生碰撞，利用闪光照相的方法连续4次拍摄得到的闪光照片如图所示。已知相邻两次闪光的时间间隔为在这4次闪光的过程中，入、B两滑块均在。80Cm范围内，且第1次闪光时，滑块人恰好位于X=IOCm处。若4B两滑块的碰撞时间及闪光持续的时间极短，均可忽略不计，则可知碰撞发生在第1次闪光后的时刻。T【详解】（1）若要求碰撞时动能损失最大，则需两滑块碰撞后结合在一起，故应选图乙；若要求碰撞时动能损失最小，则应该使两滑块发生弹性碰撞，即选图甲。（2）由图可知，第1次闪光时，滑块八恰好位于X=IoCm处，第2次八在x=30Cm处，第3次4在X=50Cm处，碰撞在x=60Cm处，从第3次闪光到碰撞的时间为:丁时刻。6 .某实验小组的同学利用如图甲所示的装置来验证动量守恒定律，调节气垫导轨的充气源，轻推滑块使其在气垫导轨上做匀速直线运动；然后将安装有遮光条的滑块P由倾斜轨道上某位置静止释放，经过气垫导轨左侧的光电门1后与滑块Q发生碰撞,并粘合在一起,最终通过光电门2.已知滑块P、Q的质量分别为m、M,回答下列问题:(1)用螺旋测微器测量遮光条的宽度如图乙所示，则宽度典mm。(2)若滑块P经过光电门1、光电门2时，遮光条的挡光时间分别为兆1、h,则两滑块碰后的总动量为，若碰撞过程系统的动量守恒，则关系式成立；该碰撞过程损失的机械能为(用测量的物理量符号表示)【详解】(1)由题图乙可知螺旋测微器的读数为d=15mm+38.1x0.01mm=1881mmdd(2)由题意可知，碰前滑块P的速度为匕=T7碰后两滑块整体的速度为丫2=入1则碰前系统的总动量为PI=根VI二根弓碰后系统的总动量为P2=(M+M>2=(M+M)g若碰撞过程系统的动量守恒，则有Z-1/1rdd/2zX2P=P2,即根Tr=(M+四)三该碰撞过程损失的机械能为AE=m=-1(m+M)A。M2IArJ21A。7 .如图甲所示，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)图甲中。点是小球抛出点在地面上的垂直投影。实验时，先让入射球mi多次从斜轨上S位置静止释放，找到其平均落地点的位置P,测量平抛射程OP,然后，把被碰小球m2静置于轨道的水平部分，再将入射球mi从斜轨上S位置静止释放，与小球m2相碰，并多次重复。接下来要完成的必要步骤是_。(填选项前的符号)A.用天平测量两个小球的质量mi、m28 .测量小球mi开始释放高度人C.测量抛出点距离地面的高度HD.分别找到mi、m2相碰后平均落地点的位置M、NE.测量平抛射程。M、ON(2)经测定，rrnm2。点的距离如图乙所示。实验结果说明，碰撞前、后总动量的比值为(用(1)中测量的量表示)，代入数值求得这个比值为(3)在上述实验中仅更换两个小球的材质，其他条件不变，可以使被碰小球做平抛运动的射程增大，请用(2)中已知的数据，计算出被碰小球m2平抛运动射程ON的最大值为_cm。答案ADE-TiKFm10M+m20N【详解】(1)1A.小球的动量p=mv,实验需要用天平测量两个小球的质量mi、m2,故A正确；B.只要每次从斜槽的同一位置由静止释放小球即可，不需要测量小球mi开始释放高度6,故B错误；C.两球离开轨道后都做平抛运动，它们抛出点的高度相同，运动时间t相等，在表达式中t可以约去，实验不需要测量抛出点距离地面的高度”，故C错误；DE.小球离开轨道后做平抛运动，它们抛出点的高度相等，在空中的运动时间相等，可以用它们的水平位移代替初速度，实验需要分别找到mi、m2相碰后平均落地点的位置M、N,需要测量平抛射程0M、0N,故DE正确；故选ADE。(2)由图示可知，P点是碰撞前入射球的落点，M、/分别是碰撞后入射球与被碰球的落点，要验证动量守恒定律定律，即验证mw=mn2+m2V3小球离开轨