第一章 4 实验 验证动量守恒定律-【导与练】2023-2024学年高中物理选择性必修第一册同步全程学习课时作业word（新教材，教科版）

4　实验:验证动量守恒定律 1.(多选)某同学用频闪照相机和气垫导轨探究碰撞中的不变量,现用天平测出滑块A、B的质量分别为300 g和200 g,接着安装好气垫导轨,调节气垫导轨的调节旋钮,使导轨水平。然后向气垫导轨通入压缩空气,再把A、B两滑块放到导轨上,分别给它们初速度,同时开始闪光照相,闪光的时间间隔为Δt=0.2 s。如图所示是闪光4次拍摄得到的照片,其间A、B两滑块均在0～80 cm刻度范围内。第一次闪光时,滑块B恰好通过x=55 cm 处,滑块A恰好通过x=70 cm处,碰撞后滑块A静止,B立即反向。关于该实验,下列判断正确的是(　AD　) A.两滑块的碰撞发生在第一次闪光后 0.1 s B.碰撞前A的速度大小是0.5 m/s C.碰撞前B的速度大小是1.0 m/s D.实验结果表明,碰撞前后两滑块的质量与速度的乘积之和不变 解析:由于碰撞后滑块A静止,由题图可知,碰撞发生在x=60 cm处;第二次闪光与第三次闪光的时间间隔内B的位移大小为20 cm,则碰撞后B的速度大小是 1 m/s;从碰撞到第二次闪光B运动的距离为 10 cm,则可求得该过程B用时为0.1 s,所以两滑块的碰撞发生在第一次闪光后0.1 s,故A正确;碰撞前0.1 s内A的位移大小为10 cm,则碰撞前A的速度大小是1 m/s,故B错误;碰撞前0.1 s 内B的位移大小为5 cm,则碰撞前B的速度大小是0.5 m/s,故C错误;设向左为正方向,碰撞前两滑块的质量与速度的乘积之和mAvA-mBvB=0.3× 1 kg·m/s-0.2×0.5 kg·m/s=0.2 kg·m/s,碰撞后两滑块的质量与速度的乘积之和mBvB′=0.2×1 kg·m/s=0.2 kg·m/s,碰撞前后两滑块的质量与速度的乘积之和不变,故D正确。 2.气垫导轨工作时,可忽略滑块与导轨表面间的阻力影响。现借助其验证动量守恒定律,如图1所示,在水平气垫导轨上放置质量均为m的A、B(图中未标出)两滑块,左侧滑块的左端、右侧滑块的右端分别与一条穿过打点计时器的纸带相连,打点计时器(图中未画出)所用电源的频率为f。气垫导轨正常工作后,接通两个打点计时器的电源,待打点稳定后让两滑块以大小不同的速度相向运动,两滑块相碰后粘在一起继续运动。如图2所示的甲和乙为某次实验打出的、分别与两个滑块相连的两条纸带,在纸带上以同间距的6个连续打点为一段选取数据,用刻度尺分别测出其长度为s1、s2和s3。 (1)若碰前滑块A的速度大于滑块B的速度,则滑块　　　　(选填“A”或“B”)是与纸带甲的　　　　(选填“左”或“右”)端相连的。  (2)碰撞前A、B两滑块的动量大小分别为　　　 　、　 　　　,实验需要验证是否成立的表达式为　　　　 　　(用题目所给的已知量表示)。  解析:(1)因碰前A的速度大于B的速度,A、B的速度方向相反,且碰后速度相同,故题图中s1和s3是两滑块相碰前打出的纸带,s2是相碰后打出的纸带,所以滑块A应与甲纸带的左端相连。 (2)碰撞前两滑块的速度分别为v1===0.2s1f,v2==0.2s3f,碰撞后两滑块的共同速度v==0.2s2f,所以碰前两滑块动量大小分别为p1=mv1=0.2mfs1,p2=mv2=0.2mfs3,总动量为p=p1-p2=0.2mf(s1-s3),碰后总动量为p′=2mv=0.4mfs2,要验证动量守恒定律,即验证0.2mf(s1-s3)=0.4mfs2是否成立,化简得s1-s3=2s2。 答案:(1)A　左　(2)0.2mfs1　0.2mfs3　s1-s3=2s2 3.(1)某实验小组用气垫导轨做验证动量守恒定律的实验,实验装置如图甲所示。用天平测得滑块1(包括挡光片)的质量为m1,滑块2的质量为m2,若某次用螺旋测微器测量挡光片宽度时的示数如图乙所示,则其读数为　　　　mm。  (2)将滑块1向左弹出,与静止的滑块2发生碰撞,碰撞后两滑块粘在一起。与光电门1、2相连的计时器测得的挡光时间分别为Δt1和 Δt2,该实验要验证动量守恒定律,则只需验证  (用m1、m2、Δt1、Δt2表示)。 解析:(1)螺旋测微器的读数为d=1.5 mm+50.0×0.01 mm=2.000 mm。 (2)滑块通过光电门1、2的速度分别为v1=,v2=,两滑块发生碰撞,若动量守恒,则有m1v1=(m1+m2)v2,联立解得=。 答案:(1)2.000　(2)= 4.某同学设计了一个验证动量守恒定律的实验,实验步骤如下,请完成填空。 (1)用游标卡尺测出遮光片的宽度d,如图甲所示,则d=　　　　mm。 (2)如图乙,将遮光片固定在小车A上,光电门1、2固定在长木板的一侧,长木板下垫着小木片,使得小车A运动时通过两个光电门的时间相等,这样做