专题4 实验：验证动量守恒定律-2021-2022学年高二物理链接教材精准变式练（人教版2019选择性必修第一册）

链接教材精准变式练 专题4 实验：验证动量守恒定律 ( 教材习题精讲 ) 1．如图甲，长木板的一端垫有小木块，可以微调木板的倾斜程度，以平衡摩擦力，使小车能在木板上做匀速直线运动。小车前端贴有橡皮泥，后端连一打点计时器纸带，接通打点计时器电源后，让小车以某速度做匀速直线运动，与置于木板上静止的小车相碰并粘在一起，继续做匀速直线运动。打点计时器电源频率为，得到的纸带如图乙所示，已将各计数点之间的距离标在图上。 (1)图中的数据有、、、四段，计算小车碰撞前的速度大小应选哪段？计算两车碰撞后的速度大小应选哪段？为什么？ (2)若小车的质量为，小车的质量为，根据纸带数据，碰前两小车的总动量是多少？碰后两小车的总动量是多少？ 【答案】(1)BC段计算碰前速度；DE段计算碰后速度；(2)0.685kg•m/s；0.684kg•m/s 【解析】(1)推动小车由静止开始运动，故小车有个加速过程，在碰撞前做匀速直线运动，即在相同的时间内通过的位移相同，故BC段为匀速运动的阶段，故选BC计算碰前的速度；碰撞过程是一个变速运动的过程，而A和B碰后的共同运动时做匀速直线运动，故在相同的时间内通过相同的位移，故应选DE段来计算碰后共同的速度。 (2)碰前小车的速度为 碰前的总动量为 P=mAvA=0.4×1.712=0.685kg•m/s 碰后小车的共同速度为 碰后的动量为 P′=(mA+mB）v=(0.4+0.2）×1.140kg•m/s=0.684kg•m/s 2．某同学用图所示的实验装置和实验步骤来验证动量守恒定律，小球1的质量为，它从斜槽上某点滚下，离开斜槽末端时的速度记为（称为第一次操作）；小球2的质量为，小球1第二次从斜槽上原位置滚下，跟小球2碰撞后离开斜槽末端的速度分别记为和（称为第二次操作）。实验所验证的计算式为 (1)如果第二次操作时，小球1从斜槽上开始滚下时位置比原先低一些，这将会影响计算式中哪个或哪几个物理量？如果其他的操作都正确，实验将会得到怎样的结果？说明道理。 (2)如果在第二次操作时，发现在第一次操作中，槽的末端是不水平的，有些向上倾斜，于是把它调为水平，调整后的斜槽末端离地面高度跟原来相同。然后让小球在斜槽上原标记位置滚下进行第二次操作，分析时仍然和第一次操作的数据进行比较，其他实验操作都正确，且调节斜槽引起小球在空中运动时间的变化可忽略不计。该实验可能会得到怎样的结果，说明道理。 【答案】(1)见解析；(2)见解析 【解析】(1)如果第二次操作时，小球1从斜槽上开始滚下时位置比原先低一些，则小球1滑到斜槽底端时的速度减小，即减小，由动量守恒定律可知，则小球1与小球2碰撞后的速度和小球2的速度也将变小； (2)由于第一次槽的末端向上倾斜，则小球1两次由同一位置静止滚下后都不是做一平抛运动，且斜槽末端离地面高度跟原来相同，则小球在空中运动的时间相同，所以小球1的水平位移将变小，即两次实验数据对比，可能出现碰撞过程中动量不守恒。 【要点提炼】 （1）实验数据分析 碰撞前 碰撞后 质量 速度 mv2 … … … 结论：通过以上实验，找到的碰撞前后的“不变量”和 （2）注意事项 ①保证两物体发生一维碰撞，即两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿这一直线运动。 ②碰撞有很多情形．不变量必须在各种碰撞情况下都不改变，才满足规定。 ③若利用摆球实验，两小球静放时球心应在同一水平线上，且刚好接触，摆线竖直，将小球拉起后，两条摆线应在同一竖直面内。 （3）误差分析 ①碰撞是否为一维碰撞是产生误差的一个主要原因，实验时应保证碰撞为一维碰撞． ②碰撞中是否受其他力（例如摩擦力）影响是带来误差的又一个原因，实验中要避免除碰撞时相互作用力外的力影响物体速度，从而影响实验。 ( 精准变式题 ) 1．某同学设计了一个用电磁打点计时器验证动量守恒定律的实验：如图甲，长木板的一端垫有小木块，可以调节木板的倾斜程度，以平衡摩擦力，使小车能在木板上做匀速直线运动。小车的前端粘有橡皮泥，后端连着纸带，推动小车使之做匀速运动，然后与原来静止在前方静止的小车相碰并粘合成一体，继续做匀速运动。电磁打点计时器所用电源频率为。 (1)若已测得打点的纸带如图乙所示，并测得各计数点的间距（已标在图上）。为运动的起点，则应选_________段来计算碰撞前的速度，应选______段来计算和碰后的共同速度（以上两空选填“”“ ”“ ”或“” 。 (2)已测得小车的质量，小车的质量，则碰前两小车的总动量大小为____，碰后两小车的总动量大小为______。（计算结果保留三位有效数字） 【答案】BC DE 0.685 0.684 【解析