第一章 4 实验：验证动量守恒定律-【金版教程】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第一册作业与测评word（人教版2019）

4．实验：验证动量守恒定律 典型考点一　实验原理的理解 1．某同学用如图所示的装置验证动量守恒定律。安装了弹性碰撞架和挡光片的小车A和小车B静止在滑轨上。实验时，给小车A一个初速度，当它与小车B发生碰撞后没有改变运动方向。数字计时器(图中没画出)可以测出挡光片通过光电门的挡光时间，测得碰撞前小车A通过光电门1的挡光时间为Δt1，碰撞后两小车先后通过光电门2的挡光时间分别为Δt2、Δt3。两个挡光片的宽度相同。 (1)下列说法正确的是________。 A．该实验需要将滑轨左侧适当垫高，以补偿阻力 B．该实验将滑轨调到水平即可，不需要补偿阻力 C．该实验中小车A的质量大于小车B的质量 D．该实验中小车A的质量小于小车B的质量 (2)该实验如果仅验证两车组成的系统动量守恒，还需要测量________。 A．两小车的质量mA、mB B．挡光片的宽度d C．光电门1、2之间的距离L (3)如果表达式____________________成立，则说明两小车碰撞过程中动量守恒。 答案　(1)AC　(2)A　(3)＝＋ 解析　(1)该实验的目的是验证动量守恒定律，为了便于测量碰撞前后瞬间的速度，需要使小车在碰撞前后在滑轨上做匀速直线运动，则该实验需要将滑轨左侧适当垫高，以补偿阻力，A正确，B错误；由于小车A与小车B发生碰撞后没有改变运动方向，可知该实验中小车A的质量大于小车B的质量，C正确，D错误。 (2)若两车组成的系统动量守恒，则有mAvA1＝mAvA2＋mBvB，设两小车上挡光片的宽度均为d，根据题意有vA1＝，vA2＝，vB＝，解得＝＋，可知，如果仅验证两车组成的系统动量守恒，还需要测量两小车的质量mA、mB，故选A。 (3)根据(2)中分析可知，如果两小车碰撞过程中动量守恒，则满足表达式＝＋。 2．在验证动量守恒定律的实验中： (1)实验装置如图所示，本实验中必须要求的条件是________。 A．斜槽轨道必须是光滑的 B．斜槽轨道末端点的切线是水平的 C．入射小球每次都从斜槽上的同一位置无初速度释放 D．入射小球与被碰小球满足m1＞m2，r1＝r2 (2)图中O点是斜槽末端在水平面上的垂直投影，P为不放被碰小球时入射小球对应的落点的平均位置，M、N分别为碰后入射小球与被碰小球对应的落点的平均位置，则实验中要验证的关系是________。 A．m1·ON＝m1·OP＋m2·OM B．m1·OP＝m1·ON＋m2·OM C．m1·OP＝m1·OM＋m2·ON D．m1·OM＝m1·OP＋m2·ON 答案　(1)BCD　(2)C 解析　(1)本实验要求入射小球在每次碰撞前的速度相同，与斜槽是否光滑无关，A错误；要保证每次小球都做平抛运动，则斜槽轨道末端点的切线必须水平，B正确；要保证碰撞前的速度相同，入射小球每次都要从同一位置无初速度释放，C正确；为了保证小球的碰撞为正碰，且碰后不反弹，则要求m1＞m2，r1＝r2，D正确。 (2)要验证的关系是m1v0＝m1v1＋m2v2，小球做平抛运动，根据平抛运动规律可知两小球运动的时间相同，上式可转换为m1v0t＝m1v1t＋m2v2t，而碰前入射小球落到P点，碰后入射小球落到M点，被碰小球落到N点，故需验证m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，故C正确。 典型考点二　实验操作及数据处理 3．某同学设计了一个用打点计时器研究小车碰撞时动量守恒的实验：在小车A前端装有橡皮泥，推动小车A使之匀速运动，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。他设计的装置如图甲所示，在小车A的后面连着纸带，电磁打点计时器电源频率为50 Hz。 (1)关于实验，下列说法正确的是________。 A．长木板下垫着的小木片是用来平衡摩擦力的 B．小车A和小车B的车轮应该由同种材料制成 C．应选用质量差不多大的两个小车 (2)在实验中，需要的测量工具有________。 A．弹簧测力计 B．毫米刻度尺 C．天平 D．螺旋测微器 (3)已测得小车A(包括橡皮泥)的质量为mA＝0.310 kg，小车B(包括撞针)的质量为mB＝0.205 kg，实验中打出的纸带如图乙所示。由以上测量数据可得：(结果保留三位有效数字) 碰前两车动量之和为________ kg·m/s； 碰后两车动量之和为________ kg·m/s。 (4)结论：_________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________。 答案　(1)ABC　(2)BC　(3)0.620　0.618　 (4)在实验