课堂小练（4） 实验：验证动量守恒定律(教用Word)-【赢在微点·轻松课堂】2024-2025学年高中物理选择性必修第一册（人教版2019）

课堂小练(四)　实验:验证动量守恒定律 　 基本素养练 1.(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)。  甲 乙 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)通过光电门1、2的速度分别为v1=,v2=,两滑块发生碰撞,若满足动量守恒定律,则有m1v1=(m1+m2)v2,代入化简得到=。 答案　(1)2.000　(2)= 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,如图甲所示,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。如图乙、丙所示为某次实验打出的、分别与两个滑块相连的两条纸带,在纸带上以同间距的6个连续打点为一段划分纸带,用刻度尺分别测出其长度为s1、s2和s3。 甲 乙 丙 (1)若碰前滑块A的速度大于滑块B的速度,则滑块　　　　(填“A”或“B”)是与图乙纸带的　　　　(填“左”或“右”)端相连。  (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的速度相反,且碰后速度相同,故根据动量守恒定律可知,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应与题图乙纸带的左侧相连。 (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,则一定有0.2mf(s1-s3)=0.4mfs2。 答案　(1)A　左　(2)0.2mfs1　0.2mfs3　0.2mf(s1-s3)=0.4mfs2 3.如图所示为一弹簧弹射装置,在内壁光滑、水平固定的金属管中放有轻弹簧,弹簧压缩并锁定,在金属管两端各放置一个金属小球1和2(两球直径略小于管径且与弹簧不固连)。现解除弹簧锁定,两个小球同时沿同一直线向相反方向弹射。然后按下述步骤进行实验。 ①用天平测出两球质量m1、m2; ②用刻度尺测出两管口离地面的高度h; ③记录两球在水平地面上的落点P、Q。 回答下列问题: (1)要测定弹射装置在弹射时所具有的弹性势能,还需测量的物理量有　　　　。(已知重力加速度为g)  A.弹簧的压缩量Δx B.两球落点P、Q到对应管口M、N的水平距离x1、x2 C.小球直径 D.两球从管口弹出到落地的时间t1、t2 (2)根据测量结果,可得弹性势能的表达式为Ep=　　　　　　　　　　。  (3)由上述测得的物理量来表示,如果满足关系式　　　　　　　,就说明弹射过程中两小球组成的系统动量守恒。  解析　(1)根据机械能守恒定律可知,弹簧的弹性势能等于两球得到的动能之和,而要求解动能必须还要知道两球弹射的初速度v0,由平抛运动规律可知v0=,故还需要测出两球落点P、Q到对应管口M、N的水平距离x1、x2。 (2)小球被弹开时获得的动能Ek=m=,故弹性势能的表达式为Ep=m1+m2=+。 (3)如果满足关系式m1v1=m2v2,即m1x1=m2x2,那么就说明弹射过程中两小球组成的系统动量守恒。 答案　(1)B　(2)+　(3)m1x1=m2x2 4.为了验证动量守恒定律(探究碰撞中的不变量),某同学选取了两个材质相同、体积不等的立方体滑块A和B,按下述步骤进行实验: 步骤1:在A、B的相撞面分别装上橡皮泥,以便二者相撞以后能够立刻结为整体; 步骤2:安装好实验装置如图,铝质轨道槽的左端是倾斜槽,右端是长直水平槽,倾斜槽和水平槽由一小段圆弧连接,轨道槽被固定在水平桌面上,在轨道槽的侧面与轨道等高且适当远处装一台数码频闪照相机; 步骤3:让滑块B静置于水平槽的某处,滑块A从斜槽某处由静止释放,同时开始频闪拍摄,直到A、B停止运动,得到一幅多次曝光的数码照片; 步骤4:多次重复步骤3,得到多幅照片,挑出其中最理想的一幅,打印出来,将刻度尺紧靠照片放置,如图所示。 (1)由图分析可知,滑块A与滑块B碰撞发生的位置是　　　　（填序号）。  ①在P5、P6之间 ②在P6处 ③在P6、P7之间 (2)为了探究碰撞中动量是否守恒,需要直接测量或读取的物理量是　　　　（填序号）。  ①A、B两个滑块的质量m1和m2 ②滑块A释放时距桌面的高度 ③频闪照相的周期 ④照片尺寸和实际尺寸的比例 ⑤照片上测得的s45、s56和s67、s78 ⑥照片上测得的s34、s45、s56和s67、s78、s89 ⑦滑块与桌面间的动摩擦因数 写出验证动量守恒的表达式　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  解析　(1)由题图可知s12=3.00 cm,s23=2.80 cm,s34=2.60 cm,s45=2.40 cm,s56=2.20 cm,s67=1.60 cm,s78=1.40 cm,s89=1.20 cm。根据匀变速直线运动的特点可知A、B相撞的位置在P6处。 (2)为了探究A、B相撞前、后动量是否守恒,就要得到碰撞前后的动量,所以要测量A、B两个滑块的质量m1、m2和碰撞前后的速度。设照相机拍摄时间间隔为T,则P4处的速度为v4=,P5处的速度为v5=,因为v5=,所以A、B碰撞前A在P6处的速度为v6=;同理可得碰撞后A、B在P6处的速度为v6'=。若动量守恒,则有m1v6=(m1+m2)v6',整理得m1(s45+2s56-s34)=(m1+m2)(2s67+s78-s89)。因此需要测量或读取的物理量是①⑥。 答案　(1)②　(2)①⑥　m1(s45+2s56-s34)=(m1+m2)·(2s67+s78-s89) 能力提升练 5.实验小组利用如图所示的装置进行“验证动量守恒定律”的实验,操作步骤如下: ①在水平桌面上的适当位置固定好弹簧发射器,使其出口处切线与水平桌面相平; ②在一块长平木板表面先后钉上白纸和复写纸,将该木板竖直并贴紧桌面右侧边缘。将小球a向左压缩弹簧并使其由静止释放,a球碰到木板,在白纸上留下压痕P; ③将木板向右水平平移适当距离,再将小球a向左压缩弹簧到某一固定位置并由静止释放,撞到木板上,在白纸上留下压痕P2; ④将半径相同的小球b放在桌面的右边缘,仍让小球a从步骤③中的释放点由静止释放,与b球相碰后,两球均撞在木板上,在白纸上留下压痕P1、P3。 (1)(多选)下列说法正确的是　　　　(填选项字母)。  A.小球a的质量一定要大于小球b的质量 B.弹簧发射器的内接触面及桌面一定要光滑 C.步骤②③中入射小球a的释放点位置一定相同 D.把小球轻放在桌面右边缘,观察小球是否滚动来检测桌面右边缘末端是否水平 (2)(多选)本实验必须测量的物理量　　　　(填选项字母)。  A.小球的半径r B.小球a、b的质量m1、m2 C.弹簧的压缩量x1,木板距离桌子边缘的距离x2 D.小球在木板上的压痕P1、P2、P3分别与P之间的竖直距离h1、h2、h3 (3)用(2)中所测的物理量来验证两球碰撞过程中动量是否守恒,当满足关系式　　　　　　　　则证明a、b两球碰撞过程中动量守恒。  解析　(1)为防止碰撞后入射球反弹,入射小球a的质量应大于被碰小球b的质量,A项正确;弹簧发射器的内接触面及桌面不一定要光滑,入射小球a的释放点位置相同即可保证每次实验入射球的速度相等,B项错误;步骤②中只是为了确定水平位置,而步骤③中入射小球a的释放点位置对应平抛初速度,不一定相同,C项错误;为保证小球离开斜槽后做平抛运动,斜槽末端的切线必须水平,把小球轻放在桌面右边缘,观察小球是否滚动来检测桌面右边缘末端是否水平,D项正确。 (2)小球离开轨道后做平抛运动,设木板与抛出点之间的距离为x,由平抛运动规律得,水平方向x=vt竖直方向h=gt2,解得v=x,设碰撞前a的速度为v0,碰撞后a的速度是v1,碰撞后b的速度为v2,则v0=x,v1=x,v2=x,两球碰撞过程系统动量守恒,以向右为正方向,由动量守恒定律得m1v0=m1v1+m2v2,整理得=+,故需要小球a、b的质量m1、m2,小球在木板上的压痕P1、P2、P3分别与P之间的竖直距离h1、h2、h3,B、D两项正确。 (3)根据(2)分析可知,要验证=+。 答案　(1)AD　(2)BD　(3)=+　 学科网（北京）股份有限公司 $$