1.4 实验：验证动量守恒定律（同步练习）-【新教材精创】2020-2021学年高中物理新教材同步备课（人教版选择性必修第一册)

1.4实验：验证动量守恒定律 1.某同学用如图所示的装置做验证动量守恒定律的实验。先将a球从斜槽轨道上某固定点处由静止开始滚下，在水平地面上的记录纸上留下压痕，重复10次；再把同样大小的b球放在斜槽轨道末端水平段的最右端上，让a球仍从原固定点由静止开始滚下，和b球相碰后，两球分别落在记录纸的不同位置处，重复10次。 (1)本实验必须测量的物理量有________。 A．斜槽轨道末端到水平地面的高度H B．小球a、b的质量ma、mb C．小球a、b的半径r D．小球a、b离开斜槽轨道末端后平抛飞行的时间t E．记录纸上O点到A、B、C各点的距离eq \x\to(OA)、eq \x\to(OB)、eq \x\to(OC) F．a球的固定释放点到斜槽轨道末端水平部分间的高度差h (2)放上被碰小球b，两球(ma＞mb)相碰后，小球a、b的落地点依次是图中水平面上的________点和________点。 (3)某同学在做实验时，测量了过程中的各个物理量，利用上述数据验证碰撞中的动量守恒，那么判断的依据是看________和________在误差允许范围内是否相等。 【答案】(1)BE　(2)A　C　(3)ma·eq \x\to(OB)　(ma·eq \x\to(OA)＋mb·eq \x\to(OC)) 【解析】(1)B点是不发生碰撞时a球的下落点，A点是发生碰撞后a球的下落点，C点是碰后b球的下落点。设小球a运动到轨道末端时的速度大小为vB，与球b发生碰撞后的瞬时速度大小为vA，碰后b球的速度大小为vC，本实验就是要验证关系式mavB＝mavA＋mbvC是否成立，因为小球做平抛运动的高度相同，下落时间相同，它们在水平方向上位移与水平方向上的速度成正比，所以本实验也可以验证ma·eq \x\to(OB)＝ma·eq \x\to(OA)＋mb·eq \x\to(OC)是否成立，B、E正确。 (2)两球碰撞后，a球在水平方向上的分速度较小，下落时间相同时，落地时的水平位移也较小，所以小球a、b的落地点依次是图中水平面上的A点和C点。 (3)根据(1)的分析，判断两球碰撞过程中的动量是否守恒的依据是ma·eq \x\to(OB)和(ma·eq \x\to(OA)＋mb·eq \x\to(OC))在误差允许范围内是否相等。 2.某同学利用电火花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(a)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，这样就大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差。 (1)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把电火花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与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； 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，选出理想的纸带如图(b)所示； ⑧测得滑块1的质量为310 g，滑块2(包括橡皮泥)的质量为205 g。 完善实验步骤⑥的内容。 (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以前系统的总动量为________kg·m/s；两滑块相互作用以后系统的总动量为________kg·m/s。(结果均保留三位有效数字) (3)试说明(2)中两结果不完全相等的主要原因是________。 【答案】：　(1)⑥接通打点计时器的电源　释放滑块1(2)0.620　0.618　(3)纸带和打点计时器限位孔之间有摩擦力的作用 【解析】：(1)使用打点计时器时，先接通电源后释放纸带，所以先接通打点计时器的电源，后释放滑块1。 (2)放开滑块1后，滑块1做匀速运动，跟滑块2发生碰撞后跟2一起做匀速运动，根据纸带的数据得：碰撞前滑块1的动量为：p1＝m1v1＝0.310×eq \f(0.2,0.1) kg·m/s＝0.620 kg·m/s，滑块2的动量为零，所以碰撞前的总动量为0.620 kg·m/s；碰撞后滑块1、2速度相等，所以碰撞后总动量为：(m1＋m2)v2＝(0.310＋0.205)×eq \f(0.168,0.14) kg·m/s＝0.618 kg·m/s。 (3)结果不完全相等是因为纸带与打点计时器限位孔之间有摩擦力的作用。 3(.多选)如图在利用悬线悬挂等大小球进行验证动量守恒定律的实验中，下列说法正确的是(　　) A.悬挂两球的线长度要适当，且等长