第1章 4. 实验：验证动量守恒定律(练案)-【成才之路】2023-2024学年高中新教材物理选择性必修第一册同步学习指导(人教版2019)

练案[５] 第一章　 动量守恒定律 ４. 实验:验证动量守恒定律 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　填空题(本题共 ４ 小题ꎬ每题 １５ 分ꎬ共 ６０ 分) １. (１５ 分)气垫导轨工作时能够通过喷出的气体 使滑块悬浮ꎬ从而基本消除掉摩擦力的影响ꎬ因 此成为重要的实验器材ꎬ气垫导轨和光电门、数 字毫秒计配合使用能完成许多实验ꎮ 现提供以下实验器材:(名称、图像、编号如图所示) 利用以上实验器材还可以完成“通过证明 ｍ１ｖ０ ＝ (ｍ１ ＋ ｍ２) ｖ 来得到滑块碰撞时的动量守恒” 的实验ꎮ 为完成此实验ꎮ (１)针对实验原理ꎬ我们应选择的器材编号为: 　 　 ＡＢＣ　 ꎮ (２)在我们所选的器材中:　 　 Ｂ　 器材对应原 理中的 ｍ１(填写器材编号)ꎮ ２. (１５ 分)(２０２３􀅰江苏省扬州中学高二下学期检 测)在探究碰撞中动量守恒实验中ꎬ利用如图所 示的气垫导轨通过闪光照相进行这一实验ꎮ 某次实验时碰撞前 Ｂ 滑块静止ꎬＡ 滑块匀速向 Ｂ 滑块运动并发生碰撞ꎬ利用闪光照相的方法 连续 ４ 次拍摄得到的闪光照片如图所示ꎮ 已知相邻两次闪光的时间间隔为 Ｔꎬ在这 ４ 次闪 光的过程中ꎬＡ、Ｂ 两滑块均在 ０ ~ ８０ ｃｍ 范围 内ꎬ且第 １ 次闪光时ꎬ滑块 Ａ 恰好位于 ｘ ＝ １０ ｃｍ 处ꎮ 若 Ａ、Ｂ 两滑块的碰撞时间及闪光持续的时 间极短ꎬ均可忽略不计ꎬ则可知碰撞发生在第 １ 次闪光后的　 ２. ５Ｔ　 时刻ꎬ如果碰撞前后动量守 恒ꎬ则 Ａ、Ｂ 两滑块质量之比 ｍＡ︰ｍＢ ＝ 　 ２︰３　 ꎮ ３. (１５ 分) (２０２３􀅰山东日照五莲高二检测)用如 图甲所示装置结合频闪照相机拍摄的照片来验 证动量守恒定律ꎬ实验步骤如下: ①用天平测出 Ａ、Ｂ 两个小球的质量分别为 ｍＡ、ｍＢꎻ ②安装好实验装置ꎬ使斜槽的末端所在的平面 保持水平ꎻ ③先不在斜槽的末端放小球 Ｂꎬ让小球 Ａ 从斜 槽上位置 Ｐ 处由静止开始释放ꎬ小球 Ａ 离开斜 槽后ꎬ频闪照相机连续拍摄小球 Ａ 的两个位置 (如图乙所示)ꎻ ④将小球 Ｂ 放在斜槽的末端ꎬ让小球 Ａ 仍从斜 槽上位置 Ｐ 处由静止开始释放ꎬ使它们碰撞ꎬ频 闪照相机连续拍摄下两个小球的位置(如图丙 所示)ꎻ ⑤测出所需要的物理量ꎮ 请回答: (１)步骤①中 Ａ、Ｂ 两球的质量应满足　 　 　 　 　 ｍＡ > ｍＢ 　 ꎻ 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 — ０１１ — (２)在步骤⑤中ꎬ需要在照片中直接测量的物理 量有　 　 ｘ０、ｘＡ、ｘＢ 　 (选填“ ｘ０” “ ｙ０” “ ｘＡ” “ ｙＡ” “ｘＢ”或“ｙＢ”)ꎻ (３)两球在碰撞过程中若动量守恒ꎬ满足的方程 是　 　 ｍＡｘ０ ＝ ｍＡｘＡ ＋ ｍＢｘＢ 　 ꎮ ４. (１５ 分)如图甲所示的装置叫作阿特伍德机ꎬ是 英国数学家、物理学家阿特伍德制作的一种力 学实验装置ꎬ用来研究匀变速直线运动的规律ꎮ 某同学对该装置加以改进后用来验证机械能守 恒定律和动量守恒定律ꎬ如图乙所示ꎮ 已知当 地的重力加速度为 ｇꎮ (１)该同学用游标卡尺测量挡光片的宽度如图 丙所示ꎬ则 ｄ ＝ 　 　 ４. ４５　 ｍｍꎻ然后将质量均为 ｍ(Ａ 含挡光片和挂钩、Ｂ 含挂钩)的重物用绳连 接后ꎬ跨放在定滑轮上ꎬＡ 置于桌面上处于静止 状态ꎬ测量出挡光片中心到固定光电门中心的 竖直距离 ｈꎮ (２)验证机械能守恒定律实验时ꎬ该同学在 Ｂ 的 下端挂上质量也为 ｍ 的物块 Ｃ(含挂钩)ꎬ让系 统(重物 Ａ、Ｂ 以及物块 Ｃ)中的物体由静止开始 运动ꎬ光电门记录挡光片挡光的时间为 Δｔꎬ如果 系统(重物 Ａ、Ｂ 以及物块 Ｃ)的机械能守恒ꎬ应 满足的关系式为　 　 　 　 　 　 　 　 　 ꎬ引起该 实验系统误差的主要原因有　 　 绳子有一定的 质量、滑轮与绳子之间有摩擦、重物运动受到空 气阻力等(任选一条)　 (写一条即可)ꎮ (３)为了验证动量守恒定律ꎬ该同学让 Ａ 在桌面 上处于静止状态ꎬ将 Ｂ 从静止位置竖直上升 ｓ 后自由下落ꎬ直到光电门记录下挡光片挡光的 时间为 Δｔ′(Ｂ 未接触桌面)ꎬ则验证绳绷紧过程 中系统沿绳方向动量守恒定律的表达