1.4 实验：验证动量守恒定律（分层作业）-2023-2024学年高二物理同步精品课堂（人教版2019选择性必修第一册）

1.4 实验：验证动量守恒定律(教师版) 1. (2021·广东省江门市·期中考试)用如图所示装置通过半径相同的、两球碰撞来验证动量守恒定律，实验时先使质量为的球从斜槽上某一固定点由静止开始滚下，落到位于水平地面的记录纸上，留下痕迹，重复上述操作次，得到个落点痕迹．把质量为的球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让球仍从位置由静止开始滚下，和球碰撞后，、球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹，重复这种操作次，得到了如图所示的三个落地处． 请在图中读出______； 由图可以判断出是______球的落地点，是______球的落地点． 为了验证碰撞前后动量守恒，该同学只需验证表达式______． 【答案】；，；  【解析】解：用最小的圆将处的各点圈起，其圆心处即为点的准确位置，从图中直接读出读数为， 与相撞后，的速度增大，的速度减小，碰前碰后都做平抛运动，高度相同，落地时间相同，所以点是没有碰时球的落地点，是碰后的落地点，是碰后的落地点； 根据两小球从同一高度开始下落，故下落的时间相同，根据动量守恒定律可得： ， 故有：， 即： 故答案为：；，； 根据各落点确定点的准确位置，再根据读数方法进行读数即可； 与相撞后，的速度增大，的速度减小，都做平抛运动，竖直高度相同，所以水平方向，在的前面； 为了验证碰撞前后动量守恒，即是验证碰撞前的动量等于碰撞后的动量即可． 本题考查验证动量守恒的实验，明确实验原理掌握两球平抛的水平射程和水平速度之间的关系，是解决本题的关键；同时注意确定落点的基本方法． 2. (2023·福建省福州市·期中考试)某同学用如图甲所示实验装置来“验证动量守恒定律”，实验原理如图乙所示。图乙中点是小球抛出点在地面上的垂直投影。实验时，先让质量为的入射小球多次从斜轨上由静止释放，找到其平均落地点的位置，然后把质量为的被碰小球静置于轨道的水平部分，再将入射小球从斜轨上由静止释放，与小球相碰，并且多次重复，实验得到小球的落点的平均位置分别为、，测量、、分别为、、距点的水平距离。 关于本实验，下列说法正确的是______ 。 A.入射小球每次可由不同位置自由滚下 B.两小球的质量关系必须 C.斜槽轨道必须光滑 D.斜槽轨道末端必须水平 若测量数据近似满足关系式______ 用、、、、表示，则说明两小球碰撞过程动量守恒。 【答案】    【解析】解：、实验中小球每次从相同位置滚下，重力做功和摩擦力做功都不变，根据动能定理可知小球到达轨道末端速度相同，故AC错误； B、为防止两球碰撞后入射球反弹，入射小球质量应大于被碰小球的质量，故B正确。 D、离开轨道小球做平抛运动，小球应有水平初速度，所以斜槽轨道末端必须水平，故D正确。 故选：。 设碰撞前小球的速度为，碰撞后小球的速度为，小球的速度为， 两球碰撞过程系统动量守恒，以向右为正方向，由动量守恒定律得： 小球离开轨道后做平抛运动，小球做平抛运动抛出点的高度相等，小球做平抛运动的时间相等， 则，即。 故答案为：； 根据实验原理和实验注意事项分析； 应用动量守恒定律求出实验需要验证的表达式，然后分析答题。 解决本题的关键掌握实验的原理，以及实验的步骤，在验证动量守恒定律实验中，无需测出速度的大小，可以用位移代表速度。同时，在运用平抛运动的知识得出碰撞前后两球的速度，因为下落的时间相等，则水平位移代表平抛运动的速度。 3. (2022·福建省福州市·期中考试)某同学欲采用课本上介绍的气垫导轨和光电计时器等器材进行“验证动量守恒定律”的实验．实验装置如图所示，下面是实验的主要步骤： 安装好气垫导轨和光电门，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平 测得和两滑块上遮光片的宽度均为 得到、两滑块包含遮光片的质量、 向气垫导轨通入压缩空气 利用气垫导轨左右的弹射装置，使滑块、分别向右和向左运动，测出滑块、在碰撞前经过光电门过程中挡光时间分别为和 观察发现滑块、碰撞后通过粘胶粘合在一起，运动方向与滑块碰撞前运动方向相同，此后滑块再次经过光电门时挡光时间为 试解答下列问题： 碰撞前滑块的速度大小为________，碰撞前滑块的速度大小为________． 为了验证碰撞中动量守恒，需要验证的关系式是：____________________________用题中物理量表示． 有同学认为利用此实验装置还能计算碰撞过程中损失的机械能．请用上述实验过程测出的相关物理量，表示出、系统在碰撞过程中损失的机械能______________________ 【答案】；；；  【解析】解：碰撞前滑块的速度大小：，碰撞前滑块的速度大小：； 两滑块碰撞后的共同速度：， 碰撞过程系统动量守恒，以向左为正方向，由动量守恒定律得：， 整理得：； 、系统在碰撞过程中损失的机械能：， 整理得：； 故答案为：；； ； 。 极短时间