高考物理一轮复习 实验:动量守恒



解答题 (共 7 题 ),解答过程应写出必要的文字说明、证明过程或演算步骤
用如图甲所示装置研究两个半径相同的小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系.
(1)关于本实验,下列说法中正确的是
A.同一组实验中,入射小球必须从同一位置 由静止释放
B.轨道倾斜部分必须光滑
C.轨道末端必须水平


(2)图甲中O点是小球抛出点在地面上的竖直投影,实验时先让入射小球多次从斜轨上的位置S点由静止释放,通过白纸和复写纸找到其平均落点的位置(A、B、C三点中的某个点),然后把被碰小球静置于轨道的水平部分末端,仍将入射小球从斜轨上的位置S点由静止释放,与被碰小球相碰,并多次重复该操作,用同样的方法找到两小球碰后平均落点的位置(A、B、C三点中剩下的两个点).实验中需要测量的有
A.入射小球和被碰小球的质量m1、m2
B.入射小球开始的释放高度h
C.小球抛出点距地面的高度H
D.两球相碰前后平抛的水平位移OB、OA、OC


(3)某同学在做上述实验时,测得入射小球和被碰小球的质量关系为m1=2m2,两小球在记录纸上留下三处落点痕迹如图乙所示,他将米尺的零刻线与O点对齐,测量出O点到三处平均落地点的距离分别为OA、OB、OC.该同学通过测量和计算发现,在实验误差允许范围内,两小球在碰撞前后动量是守恒的.

①该同学要验证的关系式为 ②
②若进一步研究该碰撞是否为弹性碰撞,需要判断关系式 是否成立.

某物理兴趣小组设计了如图甲所示的实验装置.在足够大的水平平台上的A点放置一个光电门,其右侧摩擦很小,可忽略不计,左侧为粗糙水平面.当地重力加速度大小为g.采用的实验步骤如下:


A.在小滑块a上固定一个宽度为d的窄挡光片;
B.用天平分别测出小滑块a(含挡光片)和小球b的质量ma、mb;
C.a和b间用细线连接,中间夹一被压缩了的轻短弹簧(与a、b不连接),静止放置在平台上;
D.细线烧断后,a、b瞬间被弹开,向相反方向运动;
E.记录滑块a通过光电门时挡光片的遮光时间t;
F.小球b从平台边缘飞出后,落在水平地面的B点,用刻度尺测出平台距水平地面的高度h及平台边缘铅垂线与B点之间的水平距离s;
G.改变弹簧压缩量,进行多次测量.

(1)用游标卡尺测量挡光片的宽度,如图乙所示,则挡光片的宽度为 mm.


(2)针对该实验装置和实验结果,同学们做了充分的讨论.讨论结果如下:
①该实验要验证“动量守恒定律”,则只需验证a、b弹开后的动量大小

相等,即 ________ = ________ (用上述实验所涉及物理量的字母表示);

②若该实验的目的是求弹簧的最大弹性势能,则弹簧的弹性势能为 (用上述实验所涉及物理量的字母表示);

③改变弹簧压缩量,多次测量后,该实验小组得到xa与 的关系图像如图丙所示,图线的斜率为k,则平台上A点左侧与滑块a之间的动摩擦因数大小为 (用上述实验数据字母表示).

某实验小组在进行“验证动量守恒定律”的实验,入射球与被碰球半径相同、质量不等,且入射球的质量大于被碰球的质量.


(1)用游标卡尺测量直径相同的入射球与被碰球的直径,测量结果如图甲所示,则直径为 cm;

(2)实验中,直接测定小球碰撞前、后的速度是不容易的,但是可以通过仅测量 _(填选项前的字母),间接地解决这个问题;
A.小球开始释放高度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位移
D.小球的直径

(3)实验装置如图乙所示,先不放B球,使A球从斜槽上某一固定点C由静止滚下,再把B球静置于水平槽前端边缘处,让A球仍从C处由静止滚下.记录纸上的O点是铅垂线所指的位置,M、P、N分别为落点的痕迹,未放B球时,A球落地点是记录纸上的 ________ 点;放上B球后,B球的落地点是记录纸上的 ________ 点;

(4)释放多次后,取各落点位置的平均值,测得各落点痕迹到 $O$ 点的距离: $\overline{O M}=13.10 cm, \overline{O P}=21.90 cm, \overline{O N}=26.04 cm$ .用天平称得入射小球 $A$的质量 $m_1=16.8 g$ ,被碰小球 $B$ 的质量 $m_2=5.6 g$ .若将小球质量与水平位移的乘积作为"动量",请将下面的表格填写完整.(结果保留三位有效数字)


根据上面表格中的数据,你认为能得到的结论是 ________

(5)

.某同学设计了一个用打点计时器验证动量守恒定律的实验:在小车A的前端粘有橡皮泥,推动小车A使之做匀速运动.然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体,继续做匀速运动,他设计的具体装置如图甲所示.在小车A后连着纸带,电磁打点计时器所用的电源频率为50 Hz,长木板下垫着小木片用以补偿阻力.


(1)若已得到打点纸带,测得各计数点间距如图乙所示,A为运动起始的第一点,则应选 ________ 段来计算A车的碰前速度,应选 ________ 段来计算A车和B车碰后的共同速度.(以上两空均选填“AB”“BC”“CD”或“DE”)


(2)已测得小车A的质量m1=0.40 kg,小车B的质量m2=0.20 kg,由以上测量结果可得,碰前总动量为 ________ kg·m/s;碰后总动量为 ________ kg·m/s(结果保留小数点后3位).由上述实验结果得到的结论是 ________

地中学生助手设计了一个实验演示板做“探究碰撞中的不变量”的实验,主要实验步骤如下:
①选用大小为120 cm×120 cm的白底板竖直放置,悬挂点为O,并标上如图所示的高度刻度;

②悬挂点两根等长不可伸长的细绳分别系上两个可视为质点的A摆和B摆,两摆相对的侧面贴上双面胶,以使两摆撞击时能合二为一,以相同速度一起向上摆;
③把A摆拉到右侧h1的高度,释放后与静止在平衡位置的B摆相碰.当A、B摆到最高点时读出摆中心对应的高度h2;
回答以下问题:
(1)若A、B两摆的质量分别为mA、mB,则验证动量守恒的表达式为 (用上述物理量字母表示).
(2)把A摆拉到右侧的高度为0.8 m,两摆撞击后一起向左摆到的高度为0.2 m,若满足A摆质量是B摆质量的 ________ 倍,即可验证系统动量守恒,从而可以得出A摆碰前初动能为碰后两摆损失机械能的 ________ 倍.

现利用图(a)所示的装置验证动量守恒定律.在图(a)中,气垫导轨上有A、B两个滑块,滑块A右侧带有一弹簧片,左侧与连接打点计时器(图中未画出)的纸带相连;滑块B左侧也带有一弹簧片,上面固定一遮光片,光电计时器(未完全画出)可以记录遮光片通过光电门的时间.实验测得滑块A(包括弹簧片)的质量m1=0.310 kg,滑块B(包括弹簧片和遮光片)的质量m2=0.108 kg,遮光片的宽度d=1.00 cm,打点计时器所用交流电的频率f=50.0 Hz.将光电门固定在滑块B的右侧,启动打点计时器,给滑块A一向右的初速度,使它与B相碰.碰后光电计时器显示的时间为ΔtB=3.500 ms,碰撞前后打出的纸带如图(b)所示.


根据图(b)中所标数据,可分析推断出碰撞发生在 ________ 间,A滑块碰撞前的速度为 ________ m/s,B滑块碰撞前的速度为 ________ m/s, A滑块碰撞后的速度为 ________ m/s,B滑块碰撞后的速度为 ________ m/s.(结果保留三位有效数字)


某同学利用如图所示的装置进行“验证动量守恒定律”的实验,操作步骤如下:

①在水平桌面上的适当位置固定好弹簧发射器,使其出口处切线与水平桌面相平;
②在一块长平木板表面先后钉上白纸和复写纸,将该木板竖直并贴紧桌面右侧边缘.将小球a向左压缩弹
簧并使其由静止释放,a球碰到木板,在白纸上留下压痕P;
③将木板向右水平平移适当距离,再将小球a向左压缩弹簧到某一固定位置并由静止释放,撞到木板上,在白纸上留下压痕P2;
④将半径相同的小球b放在桌面的右边缘,仍让小球a从步骤③中的释放点由静止释放,与b球相碰后,两球均撞在木板上,在白纸上留下压痕P1、P3.
(1)下列说法正确的是 ________
A.小球a的质量一定要大于小球b的质量
B.弹簧发射器的内接触面及桌面一定要光滑
C.步骤②③中入射小球a的释放点位置一定相同
D.把小球轻放在桌面右边缘,观察小球是否滚动来检测桌面右边缘末端是否水平

(2)本实验必须测量的物理量有
A.小球的半径r
B.小球a、b的质量m1、m2
C.弹簧的压缩量x1,木板距离桌子 边缘的距离x2
D.小球在木板上的压痕P1、P2、P3分别与P之间的竖直距离h1、h2、h3

(3)用(2)中所测的物理量来验证两球碰撞过程中动量是否守恒,当满足关系式 _时,则证明a、b两球碰撞过程中动量守恒.

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