课时梯级训练(6) 实验：验证动量守恒定律（Word练习）-【优化指导】2024-2025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________(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．实验小组的同学利用气垫导轨验证动量守恒定律，水平气垫导轨上装有两个光电门，如图所示，实验时让两滑块分别从导轨的左右两侧向中间运动，它们穿过光电门后发生碰撞。实验测得滑块A的总质量为(含遮光片)mA、滑块B的总质量为(含遮光片)mB，两滑块上遮光片的宽度相同，光电门记录的遮光片挡光时间：左侧光电门记录的时间为t1，右侧光电门一共记录了3个不等的时间，先后分别是t2、t3、t4。 (1)完成上述实验________(填“需要”或“不需要”)测量遮光片的宽度。 (2)右侧光电门记录的时间t3、t4，可以判断t3________(填“>”或“<”)t4。 (3)若两滑块相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为________________________。 答案：(1)不需要　(2)<　(3)－＝＋ 解析：(1)由于速度都是用遮光片的宽度除以时间计算，遮光片的宽度最终可以消掉，故不需要测量。 (2)由题意可知碰后滑块A、B均向右运动，由题意可知碰前滑块A的速度大小为vA＝ 碰前滑块B的速度vB＝ 碰后滑块A的速度大小vA′＝ 碰后滑块B的速度vB′＝ 由碰撞的特点可知vB′>vA′，故t3<t4。 (3)若两滑块相碰前后的动量守恒，则 mAvA－mBvB＝mAvA′＋mBvB′ 即mA－mB＝mA＋mB 整理得－＝＋。 4．如图所示的装置中，质量为mA的钢球A用细线悬挂于O点，质量为mB的钢球B放在离地面高度为h的小支柱N上。O点到A球球心的距离为l。使悬线在A球释放前伸直，且线与竖直线的夹角为α，A球释放后摆动到最低点时恰与B球相碰，碰撞后，A球把轻质指示针OC推移到与竖直线的夹角为β处，B球落到地面上，地面上铺一张盖有复写纸的白纸D。保持α角度不变，多次重复上述实验，白纸上记录到多个B球的落点。 (1)图中x应是B球初始位置到________的水平距离。 (2)为了探究碰撞中的不变量，应测得____________________________物理量(用字母表示)。 (3)用测得的物理量表示mAvA＝________________；mAvA′＝________________；mBvB′＝____________________。 答案：(1)B球平均落点　(2)mA、mB、α、β、l、h、x (3)mA　mA　mBx 解析：(1)小球A在碰撞前后摆动，满足机械能守恒。小球B在碰撞后做平抛运动，则x应为B球的平均落点到初始位置的水平距离。 (2)要得到碰撞前后的mv，需测量mA、mB、α、β、l、h、x等。 (3)对A，由机械能守恒得 mAgl(1－cos α)＝mAv， 则mAvA＝mA。 碰后对A，有mAgl(1－cos β)＝mAvA′2， 则mAvA′＝mA。 碰后B做平抛运动，有x＝vB′t，h＝gt2， 所以mBvB′＝mBx。 学科网（北京）股份有限公司 $$