课时梯级训练(6) 实验：验证动量守恒定律（Word练习）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理 选择性必修 第一册（人教版2019）

课时梯级训练(6)　实验：验证动量守恒定律 1．某实验小组采用如图所示的实验装置做“验证动量守恒定律”实验。在水平桌面上放置气垫导轨，导轨上安装光电计时器1和光电计时器2，带有遮光片的滑块A、B的质量分别为mA、mB，两遮光片沿运动方向的宽度均为d，实验过程如下：①调节气垫导轨成水平状态；②轻推滑块A，测得滑块A通过光电计时器1的遮光时间为t1；③滑块A与滑块B相碰后，滑块B和滑块A先后经过光电计时器2的遮光时间分别为t2和t3。 (1)实验中为确保两滑块碰撞后滑块A不反向运动，则mA、mB应满足的关系为mA________(填“大于”“等于”或“小于”)mB。 (2)碰前滑块A的速度大小为________。 (3)利用题中所给物理量的符号表示动量守恒定律成立的式子为____________________。 答案：(1)大于　(2)　(3)＝＋ 解析：(1)滑块A和滑块B发生碰撞，用质量大的滑块A碰质量小的滑块B，则不会发生反弹，所以mA＞mB。 (2)滑块经过光电计时器时做匀速运动，则碰前滑块A的速度为vA＝，碰后滑块A的速度vA′＝，碰后滑块B的速度vB′＝。 (3)由动量守恒定律得 mAvA＝mAvA′＋mBvB′ 化简可得＝＋。 2．某同学用图甲所示装置通过大小相同的A、B两小球的碰撞来验证动量守恒定律。图中PQ是斜槽，实验时先使A球从斜槽上某一固定位置C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10次，得到10个落点痕迹。再把B球放在水平槽末端，让A球仍从位置C由静止开始滚下，和B球碰撞后，A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹。重复这种操作10次。图中O点是水平槽末端在记录纸上的垂直投影点。 (1)安装器材时要注意：固定在桌边上的斜槽末端的切线要沿________方向。 (2)小球A的质量m1与小球B的质量m2应满足的关系是m1________(选填“>”“<”或“＝”)m2。 (3)某次实验中，得出小球的落点情况如图乙所示，P′、M、N分别是入射小球在碰前、碰后和被碰小球在碰后落点的平均位置(把落点圈在内的最小圆的圆心)。若本次实验的数据很好地验证了动量守恒定律，则入射小球和被碰小球的质量之比m1∶m2＝________。 答案：(1)水平　(2)>　(3)4∶1 解析：(1)斜槽末端的切线要沿水平方向，才能保证两个小球离开斜槽后做平抛运动。 (2)为防止碰撞后入射球反弹，入射球的质量应大于被碰球的质量，即m1>m2。 (3)根据实验原理可得m1v0＝m1v1＋m2v2， 由题图乙可知＝15.5 cm、＝25.5 cm、＝40.0 cm，又因小球平抛过程下落高度相同，下落时间相同，即可求得m1＝m1＋m2，代入数据可得m1∶m2＝4∶1。 3.在“验证动量守恒定律”的实验中，实验装置如图所示，按照以下步骤进行操作： ①在平木板表面钉上白纸和复写纸，并将该木板竖直立于紧靠槽口处，将小球a从斜槽轨道上固定点处由静止释放，撞到木板并在白纸上留下痕迹O； ②将木板水平向右移动一定距离并固定，再将小球a从固定点处由静止释放，撞到木板上得到痕迹B； ③把小球b静止放在斜槽轨道水平段的最右端，让小球a仍从固定点处由静止释放，和小球b相碰后，两球撞在木板上得到痕迹A和C。 (1)下列措施可减小实验误差的是________。 A．斜槽轨道必须是光滑的 B．每次实验均重复几次后，再记录平均落点 C．a球和b球的半径和质量满足ra＝rb和ma＜mb (2)为完成本实验，必须测量的物理量有________。 A．a球开始释放的高度h B．木板水平向右移动的距离L C．a球和b球的质量ma、mb D．O点到A、B、C三点的距离y1、y2、y3 (3)只要验证等式________________________成立，即表示碰撞中动量守恒。[用(2)中测量的物理量表示] 答案：(1)B　(2)CD　(3)＝＋ 解析：(1)本实验是“验证动量守恒定律”，所以实验误差与斜槽轨道的光滑程度无关，A错误；每次实验均重复几次后，再记录平均落点，这样可减小实验误差，B正确；要产生正碰，需a球和b球的半径满足ra＝rb，为防止两球碰撞后a球反弹，质量要满足ma＞mb，C错误。 (2)每次a球释放的高度h确定不变就可以，不用测量h值，A错误；因为小球每次打在木板上时，水平方向的位移相等，所以不需要测量木板水平向右移动的距离L，B错误；要验证动量守恒定律，必须测量a球和b球的质量ma、mb，C正确；需要计算小球运动的时间，则要测量O点到A、B、C三点的距离y1、y2、y3，D正确。 (3)a、b两球碰撞后做平抛运动，由L＝vt和y＝gt2，可得v＝，则由动量守恒定律可得mav0＝mav1＋mbv2，即为ma＝ma＋mb，整理可得