(练习)4 课时分层训练(四) 实验： 验证动量守恒定律-【提分教练】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第一册(人教版2019)

课时分层训练(四)　实验： 验证动量守恒定律 一、实验原理与操作 1．如图所示，用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律。 (1)(多选)下列器材选取或实验操作符合实验要求的是________。 A．可选用半径不同的两个小球 B．所选两小球的质量应满足m1>m2 C．需用停表测量小球在空中飞行的时间 D．斜槽轨道必须光滑 E．斜槽轨道末端的切线必须水平 (2)(多选)图中O点是小球抛出点在地面上的竖直投影点。实验时，先让入射小球多次从斜槽轨道上的位置S由静止释放，找到其平均落地点的位置P，测量出平抛的射程OP；然后把被碰小球静置于轨道末端的水平部分，再将入射小球从斜槽轨道上的位置S由静止释放，与被碰小球相碰，并且多次重复。下面步骤正确的是________。 A．用天平测量两个小球的质量m1、m2 B．测量入射小球开始释放的高度h C．测量两小球抛出点距水平地面的高度H D．分别找到两小球平均落地点的位置M、P、N，并测量平抛射程OM、OP、ON (3)若两个小球相碰前、后的动量守恒，其表达式可以表示为__________。 解析：(1)为使小球发生对心碰撞，应选用半径相同的两个小球，A错误；为使碰撞后入射小球不发生反弹，则入射小球质量应大于被碰小球，即m1>m2，B正确；两小球碰撞后在空中做平抛运动，飞行的时间相同，可用其水平位移表示水平初速度的大小，不必测量小球在空中飞行的时间，C错误；为使入射小球每次碰撞前的速度相等，只需保证入射小球每次从斜槽轨道上同一位置由静止释放即可，不必使斜槽轨道光滑，D错误；两小球发生碰撞后做平抛运动，斜槽轨道末端的切线必须水平，以保证其初速度方向水平，E正确。 (2)根据动量的定义可知，需要用天平测出两个小球的质量，A正确；不需要测量入射小球开始释放时的高度h，只需要保证入射小球每次从同一位置由静止释放即可，也不需要测量抛出点距水平地面的高度H，B、C错误；为验证动量守恒定律，需得到碰撞前、后的速度，实验中用水平位移来代替水平速度，故D正确。 (3)设没放被碰小球时，入射小球做平抛运动的初速度为v0，小球做平抛运动的时间为t，则有v0＝，放入被碰小球后，因抛出点距地面高度相同，则平抛运动所用时间相同，则有v1＝，v2＝，根据动量守恒定律有m1v0＝m1v1＋m2v2，联立以上各式有m1·OP＝m1·OM＋m2·ON。 答案：(1)BE　(2)AD (3)m1·OP＝m1·OM＋m2·ON 二、实验数据处理与误差分析 2．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，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)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。 (2)(多选)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OA、OB、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 (3)某同学在做实验时，测量了此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。 解析：(1)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的落地点依次是题图中水平面上的A点和C点。 (2)B点是不发生碰撞时a球的落地点，A点是发生碰撞后a球的落地点，C点是发生碰撞后b球的落地点，设a球运动到轨道末端时的速度大小为vB，与b球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，设小球的下落时间为t，则vB＝，vA＝，vC＝。因为小球做平抛运动的高度相同，下落时间相同，它们在水平方向上的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·OB＝ma·OA＋mb·OC，B、E正确。 (3)根据(2)的分析，判断两球碰撞过程中的动量是否守恒的依据是看ma·OB和(ma·OA＋mb·OC)在误差允许范围内是否相等。 答案：(1)A　C　(2)BE (3)ma·OB　ma·OA＋mb·OC 3．用如图所示的装置可以完成“验证动量守恒定律”的实验。 (1)若实验中选取的A、B两球半径相同，为了使A、B发生一维对心碰撞，应使两球悬线长度________，悬