1.4 实验：验证动量守恒定律（Word）-【全效作业本】2022-2023学年高中选择性必修第一册物理（人教版2019）

1.4　实验：验证动量守恒定律 [见学生用书P13] 小张同学从玩具店买到了一个有五个摆放相同的碰撞小钢球的装置(如图)，我们依次定为1、2、3、4、5号钢球。他拿起1号钢球，静止释放后，发现2、3、4不动，5号钢球摆动最高点几乎与1号钢球刚释放时一样高，这个现象用什么原理可以解释？然后他又拿起1与2号钢球，1、2与3号钢球，1、2、3与4号钢球，分别做了实验，他会发现一个什么规律？ 【答案】 根据动量守恒定律与能量守恒可知，质量相等的情况下，速度发生交换，能量发生转化，所以高度几乎一样高。 1．某同学用图1所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来验证动量守恒定律，图1中PQ是斜槽，QR为水平槽，实验时先使A球从斜槽上某一固定位置G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球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让A球仍从位置G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1中O点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点，B球落点痕迹如图2所示，其中米尺水平放置，且平行于G、R、O所在的平面，米尺的零点与O点对齐。 第1题图 (1)碰撞后B球的水平射程应为__64.7__cm。 (2)下列物理量中是本次实验必须进行测量的是__ABD__(填字母)。 A．水平槽上未放B球时，A球落点位置到O点的距离 B．A球与B球碰撞后，A球落点位置到O点的距离 C．A球或B球的直径 D．A球和B球的质量(或两球质量之比) E．O点相对于水平槽面的高度 2．如图所示，在验证动量守恒定律实验中，P为入射球A未与被碰球B碰撞时的落点，M为它与球B碰后的落点，N为球B的落点，这个实验对小球质量MA和MB的要求是MA__＞__MB(填“＞”“＝”或“＜”)。为了能用OP长度表示球A的初速度，OM和O′N长度分别表示球A和球B的末速度，则必须做到斜槽末端点__切线水平__，两球球心碰前__在同一高度__，即发生对心正碰，用图中标出的符号和测出的数据列出不变量的表达式为__MA·OP＝MA·OM＋MB·O′N____。 第2题图 3．在验证动量守恒定律实验中，除了图示装置中的实验仪器外，下列仪器中还需要的是__BCE__(填字母)。 第3题图 A．秒表 B．天平 C．刻度尺 D．直流电源 E．交流电源 若实验中得到一条纸带如图所示，已知A、B车的质量分别为mA、mB，则该实验需要验证的表达式是__mAxBC＝(mA＋mB)xDE__(用图中物理量和已给出的已知量表示)。 第3(1)题图 【解析】 (1)该实验需要测量小车的质量，需要天平，还需要测量各计数点之间的间距，需要刻度尺，打点计时器有计时功能，无须秒表，而打点计时器工作电源是交流电源，无须直流电源，B、C、E正确。(2)小车A碰前做匀速运动，打在纸带上的点间距是均匀的，故求碰前小车A的速度应选BC段，碰后两车一起做匀速运动，打出的点也是间距均匀的，故选DE段来计算碰后速度，在误差允许的范围内，需要验证的表达式是mAvA＝(mA＋mB)vAB，即mAxBC＝(mA＋mB)xDE。 4．某同学设计了一个用打点计时器做“验证动量守恒定律”的实验：在小车A的前端粘有橡皮泥，推动小车A使之做匀速运动，然后与原来静止的小车B相碰并粘合成一体，继续做匀速运动。他设计的具体装置如图所示，在小车后连接着纸带，电磁打点计时器使用的电源频率为50 Hz，长木板垫着小木片以平衡摩擦力。 第4题图 (1)若已得到打点纸带如图所示，并测得各计数点间距(已标在图上)。A为运动起点，则应该选择__BC__段来计算小车A碰前的速度，应选择__DE__段来计算小车A和B碰后的共同速度(填“AB”“BC”“CD”或“DE”)。 第4(1)题图 (2)已测得小车A的质量m1＝0.40 kg，小车B的质量m2＝0.20 kg，由上述测量结果可得碰撞前m1v0＝__0.420__kg·m/s；碰撞后(m1＋m2)v共＝__0.417__kg·m/s，由此得出结论__在误差允许的范围内，碰撞前后系统的动量守恒__。 【解析】 (1)分析纸带上的点迹可以看出，BC段既表示小车做匀速运动，又表示小车具有较大的速度，故BC段能准确地描述小车A碰撞前的运动情况，应当选择BC段计算小车A碰撞前的速度，而DE段内小车运动稳定，故应选择DE段计算碰撞后A和B的共同速度。 (2)碰撞前的速度v0＝＝ m/s＝1.050 m/s，碰撞前动量m1v0＝0.40×1.050 kg·m/s＝0.420 kg·m/s；碰撞后A和B的共同速度v共＝＝ m/s＝0.695 m/s，碰撞后A和B总动量(m1＋m2)v共＝(0.20＋0.40)×0.695 kg·m/s＝0