课后提升练(4) 实验：验证动量守恒定律（Word练习）-【优化指导】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第一册（人教版2019）

课后提升练(四)　实验：验证动量守恒定律 [对应学生用书P127] 1．(2022·甘肃秦安一中高二期末)如图所示为某同学设计的一种用来探究动量守恒定律的实验装置原理图：长木板固定在水平桌面上，一端伸出桌面，另一端则装有竖直挡板。有一轻弹簧，其一端固定在竖直挡板上，另一端被入射小球从自然长度位置A点压缩至B点，释放小球，小球沿木板从右端水平抛出，落在水平地面上的记录纸上，重复该过程10次，确定小球的落点位置；再把被碰小球放在木板的右边缘处，重复上述实验10次，在记录纸上分别确定入射小球和被碰小球的落点位置。 (1)关于实验的要点，下列说法正确的是__________。 A．入射小球的质量必须小于被碰小球的质量 B．入射小球的半径必须与被碰小球的半径相同 C．长木板必须尽可能地光滑 D．用重垂线，是为了确定板的右端在地面的投影位置 (2)入射小球前后两次落地的位置分别为原理图中的________、________两点；若入射球的质量为m1，被碰小球的质量为m2，则实验需要验证的表达式为__________(用图中字母表示)。 答案：(1)BD　(2)Q　P　m1·OQ＝m1·OP＋m2·OR 解析：(1)为了保证碰撞后的两球都能从槽口飞出，入射小球的质量应该大于被碰小球的质量，A错误；为保证两球发生正碰，两球的半径必须相同，B正确；长木板不需要光滑，只要保持每次弹簧的压缩量相同、每次入射球与被碰球碰前的速度相同即可，C错误；用重垂线，是为了确定板的右端在地面的投影的位置，以便准确测出小球平抛的水平位移，D正确。 (2)两小球离开长木板后做平抛运动，且抛出点的高度相等，所以它们做平抛运动的时间相等，小球的初速度越小，水平位移就越小；两球碰撞后，入射小球速度变小，小于被碰小球的速度，故碰撞后入射小球水平位移变小且小于被碰小球的水平位移，由图示可知，入射小球前后两次的落地点位置应分别为图中的Q、P两点；两球碰撞后做平抛运动，它们抛出点的高度相等，在空中的运动时间t相等，碰撞过程动量守恒，则有m1v0＝m1v1＋m2v2，两边同乘t即为m1·OQ＝m1·OP＋m2·OR，即实验需要验证的表达式为m1·OQ＝m1·OP＋m2·OR。 2．(2022·辽宁葫芦岛高三月考)某同学利用图甲所示装置验证动量守恒定律，他的主要实验步骤如下： Ⅰ.沿实验桌左右移动垫块，直至接通交流电源后，轻推小车A，与小车相连的纸带上打出一系列分布均匀的点迹(相邻两点间的间距相等)，断开电源； Ⅱ.将小车B(未画出，与小车A完全相同)静置于长木板上的P处，并将适量砝码放在小车B中； Ⅲ.接通电源，沿木板方向向下轻推一下小车A，使小车获得一初速度，之后两车碰撞并黏合在一起，打点计时器打出一系列的点迹，如图乙所示； Ⅳ.用天平测得小车A的质量为195 g，小车B与钩码的总质量为240 g。 (1)在步骤Ⅰ中，要求纸带上打出的点迹分布均匀的原因是：______________。 (2)已知打点计时器所接交流电源的频率为50 Hz，则碰撞前瞬间，系统的总动量p1＝__________ kg·m/s (结果保留3位有效数字)；碰撞后瞬间，系统的总动量p2＝__________ kg·m/s (结果保留3位有效数字)。若在实验误差允许的范围内，满足p1＝p2，则系统动量守恒得到验证。 答案：(1)为了保证小车所受合力为0　(2)0.930　0.927 解析：(1)实验前需要平衡摩擦力，适当垫高木板右端轻推小车，与小车相连的纸带上打出一系列分布均匀的点迹，小车做匀速直线运动，所受合力为0，恰好平衡摩擦力。 (2)电源频率为50 Hz，打点时间间隔为0.02 s，则碰撞前小车A的速度v1＝＝ m/s＝4.77 m/s；碰撞后小车A的速度v2＝＝ m/s＝2.13 m/s。碰撞前瞬间系统的总动量p1＝mAv1＝195×10－3×4.77 kg·m/s≈0.930 kg·m/s；碰撞后瞬间，系统的总动量p2＝(mA＋mB)v2＝(195＋240)×10－3×2.13 kg·m/s≈0.927 kg·m/s。 3．某同学准备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。 (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弹射装置； 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，然