高效作业6 4 实验：验证动量守恒定律-【精彩三年】2024-2025学年高中物理选择性必修第一册课程探究与巩固Word教参（人教版2019）

多学科网书城画 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.ZXXK.C0m● 您身边的互联网+教辅专家 高效作业64实验：验证动量守恒定律！ [A级新教材落实与巩固]】 1. “验证动量守恒定律”的实验装置示意图如图所示。 入射小球 被碰小球 M PN (I)在验证动量守恒定律的实验中，必须满足的条件是BCD(多选)。 A.斜槽轨道是光滑的 B.轨道末端的切线是水平的 C.每次入射小球都要从槽上同一高度由静止滚下 D.碰撞的瞬间入射小球和被碰小球球心连线与轨道末端的切线平行 (2)若入射小球质量为m,半径为片：被碰小球质量为m2,半径为2，则 A.m11>m2,r1>r2 B.m1>m2,广<3 C.mi>m2,n=r2 D.m1<m2,n=乃 (③)为完成此实验，以下所提供的测量工具中必需的是AC(多选)。 A.刻度尺 B.停表 C.天平 D.弹簧测力计 (4)为了验证动量守恒定律，需要测量O、P间的距离，O、M间的距离和 O、N间的距离。 (5)设入射小球的质量为m1,被碰小球的质量为m2,P为碰前入射小球落点 的平均位置，则关系式m1土m2三m:(用m1、m2及图中字母表示)成立，即表 示碰撞中动量守恒。 【解析】()为保证小球离开轨道时的速度相等，入射小球分别从斜槽的相同 高度由静止滚下，斜槽轨道不需要一定光滑，故A错误：斜槽末端切线不水平时， 小球离开轨道时速度不沿水平方向，处理实验数据时是将小球的运动当作平抛运 动，则会引起误差，故B正确：如果入射小球没有做到每一次都从轨道的同一位 ◆独家授权侵权必究 多学科网书城画 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com○ 您身边的互联网+教辅专家 置由静止滚下，则每次实验中的水平速度不同，会引起误差，故C正确：碰撞的 瞬间入射小球和被碰小球球心连线与轨道末端的切线应平行，故D正确。 (2)小球碰撞过程中在水平方向动量守恒，故有m1十m2=m,碰撞过程 中动能守恒，故有m1十m=m0,解得=o,碰后入射小球的速度>0，即 m,一m2>0,m1>m,为了使两球发生正碰，两小球的半径相同，即n=n,C正 确。 (3)(4)(5)P为碰前入射小球落点的平均位置，M为碰后入射小球落点的平均 位置，N为碰后被碰小球落点的平均位置，碰撞前入射小球的速度=，碰撞后 入射小球的速度，=，碰撞后被碰小球的速度=。若m11十m=m,则表 明该实验验证了两球碰撞过程中动量守恒，代入数据得m十m2=m:,所以需 要测量质量和水平位移，用到的仪器是刻度尺、天平。 2.如图甲所示，在做“验证动量守恒定律”实验时，在小车A的前端粘有 橡皮泥，推动小车A使之做匀速运动，然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘 合成一体，继续做匀速运动。在小车A后连着纸带，电磁打点计时器的电源频率 为50Hz,长木板右端下面垫放小木片用以调节长木板倾角。 (I)实验开始前需要（填“需要”或“不需要”）补偿阻力，理由：只有 补偿阻力后小车碰撞过程中系统所受合力才为0，系统的动量才守恒，方法： 长木板右端垫高，轻推小车A,当打出的纸带点迹均匀说明已补偿阻力。 (2)打点纸带如图乙所示，并测得各计数点间距（已标在图上）。A为打下的第 一点，则应选BC段来计算小车A的碰前速度，选DE段来计算小车A和 B碰后的共同速度。（均填“AB“BCCD”或“DE) (3)已测得小车A的质量m1=0.40kg,小车B的质量m2=0.20kg,由以上测 量结果可得碰前总动量为L26_kgms,碰后总动量为1.25kgms。实验 结论：在误差允许的范围内，两小车碰撞前后总动量守恒。（计算结果保留 三位有效数字) 【解析】(2)推动小车由静止开始运动，故小车有个加速过程，在碰撞前做匀 速直线运动，即在相同的时间内通过的位移相同，故BC段为匀速运动的阶段， 独家授权侵权必究 多学科网书城画 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.ZXXK.c0m● 您身边的互联网+教辅专家 故选BC段计算碰前的速度。碰撞过程是一个变速运动的过程，而A和B碰后共 同运动时做匀速直线运动，故在相同的时间内通过相同的位移，故应选DE段来 计算碰后共同的速度。 (3)小车A碰前的速度==m/s=3.15m/s, 碰后共同速度2==m/s=2.085m/s, 碰前总动量p1=m=0.40×3.15kgm/s=1.26kgm/s, 碰后的总动量p2=(m,十m2)=0.60×2.085kgms≈1.25kgms, 则说明在误差允许的范围内，两小车碰撞前后总动量守恒。 3.在“验证动量守恒定律”实验中，实验装置如图所示，按照以下步骤进 行操作。 ①在平木板表面钉上白纸和复写纸，并将该木板竖直立于紧靠槽口处，将小 球α从斜槽轨道上固定点处由静止释放，小球a撞到木板并在白纸上留下痕迹 O ②将木板水平向右移动一定距离并固定，再将小球α从固定点处由静止释放， 撞到木板上得到痕迹B。 ③把小球b静止放在斜槽轨道水平段的最右端，让小球α仍从固定点处由静 止释放，小球a和小球b相碰后，两球撞在木板上得到痕迹A和C。 (1)下列措施可减小实验误差的是B。 A.斜槽轨道必须是光滑的 B.每次实验均重复几次后，再记录平均落点 C.a球和b球的半径和质量满足。=r,和m。<m (2)为完成本实验，必须测量的物理量有CD(多选)。 A.a球开始释放的高度h B.木板水平向右移动的距离L C.a球和b球的质量m、m D.O点到A、B、C三点的距离、、为 独家授权侵权必究 多学科网书城画 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com● 您身边的互联网+教辅专家 (3)只要验证等式土三成立，即表示碰撞中动量守恒。[用(2)中测量的物 理量表示] 【解析】(1)实验误差与斜槽轨道的光滑程度无关，A错误：每次实验均重复 几次后，再记录平均落点，这样可减小实验误差，B正确：a球和b球发生正碰， 半径应满足，=，为防止两球碰撞后a球反弹，质量要满足m>m,C错误。 (2)实验中只要保证a球每次释放的高度h不变就可以，不用测量h值，A错 误：因为小球每次打在木板上时，水平方向的位移相等，所以不需测量木板水平 向右移动的距离L,B错误：要验证动量守恒定律，必须测量a球和b球的质量 m。、m,C正确：小球碰后水平方向的速度=，可以看出，需要计算小球运动 的时间，则要测量O点到A、B、C三点的距离、、，D正确。 (3)a、b两球碰撞后做平抛运动，由L=1和y=g产，可得v=,由动量守恒 定律可得m1十m=mo,即mn十m=m。,整理得十=，若表达式十=成立， 即表示碰撞中动量守恒。 4.在“验证动量守恒定律”实验中，通过碰撞后做平抛运动测量速度的方 法来进行实验，实验装置如图甲所示，实验原理如图乙所示。 ()实验室有如下A、B、C三个小球，则入射小球应该选取B(填字母)进 行实验。 直径d,=2cm直径d,=2cm直径d,=3cm 质量m1=12g质量m:=24g质量m:=24g A. (2)小球释放后落在复写纸上会在白纸上留下印迹。多次实验，白纸上留下了 10个印迹，如果用画圆法确定小球的落点P,图丙中的三个圆最合理的是 A.A B.B C.C 独家授权侵权必究 多学科网书城画 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com○ 您身边的互联网+教辅专家 (3)关于本实验，下列说法正确的是AC(多选)。 A.小球每次都必须从斜槽上的同一位置由静止释放 B.必须测量出斜槽末端到水平地面的高度 C,实验中需要用到重垂线 D.斜槽必须足够光滑且末端保持水平 (4)用刻度尺测量M、P、N三点到O点的距离分别为x、2、,结合第(I) 题结论，通过验证等式ms土ms=m出（用题中所给字母表示）是否成立，从 而验证动量守恒定律。 【解析】()为了保证入射小球碰撞后不反弹，入射小球的质量要大于被碰小 球的质量，为了使两小球发生对心碰撞，则要求两球的半径相同，故入射小球选 择直径为d、质量为m2的小球，被碰小球选择直径为d、质量为1的小球 (2)如果采用画圆法确定小球的落点，应该让所画的圆尽可能把大多数落点包 进去，且圆的半径最小，这样所画圆的圆心即为小球落点的平均位置，故选C。 (3)为了让小球每次平抛的速度相等，实验中需要让小球每次都从斜槽上的同 一位置由静止释放，A正确：两个小球下落时间相同，可以用位移代替初速度， 故不需要求出时间，所以不需要测量高度，B错误：实验中需要用重垂线确定小 球做平抛运动的水平位移的起始位置，C正确：小球每次从斜槽的同一位置由静 止滚下，不需要斜面光滑，且为使小球做平抛运动，斜槽的末端需调成水平，D 错误。 (4)入射小球碰撞前的速度为==，碰撞后入射小球和被碰小球的速度分别 为==，边==，根据动量守恒定律有m21十m2=m,联立以上各式得到 m3式1十m3三m2x2。 [B级素养养成与评价] 5.在用水平气垫导轨做“验证动量守恒定律”实验时，左侧滑块质量m 200g,右侧滑块质量m2=240g,挡光条宽度均为1.60cm,两滑块之间有一压缩 的弹簧片，并用细线将两滑块连在一起，如图所示。开始时两滑块静止，烧断细 线后，两滑块分别向左、右方向运动。挡光条通过光电门的时间分别为△，= 0.032s、△2=0.040s。以向左为正方向，则烧断细线前m01十m2=Qkgm s,烧断细线后m1十m2=40X10kgm/s(此空保留两位有效数字)。可得 独家授权侵权必究 多学科网书城画 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 到的结论是在实验误差允许的范围内，动量守恒 【解析】设向左为正方向，因烧断细线之前，两滑块均静止，故烧断细线前 的动量为0：由平均速度公式可得v,==0.5ms,2=一=一0.4ms,故m1十 m22=4.0×103kgm/s,在实验误差允许的范围内，动量守恒。 6.[2023绍兴一中检测(1)某小组利用图甲所示装置验证动量守恒定律。 光电门1、2分别与数字计时器相连，两滑块A、B上挡光条的宽度相同，已测得 两滑块A、B(包含挡光条)质量分别为m1、m2。 ①接通气源后，轻推放在导轨上的滑块使它从右向左运动，发现滑块通过光 电门2的时间大于通过光电门1的时间。为使导轨水平，可调节旋纽Q使导轨右 端升高（填“升高”或“降低”）一些。 ②实验前，滑块A、B静置于图中所示位置。用手轻推一下A,使其经过光 电门1后与B发生碰撞，碰后两滑块先后通过光电门2。光电门1记录的挡光时 间为，光电门2记录的挡光时间依次为2、s。若已知挡光条的宽度为d,则滑 块A通过光电门1时的速度大小为=。为减小实验误差，应选择宽度窄 (填“窄”或“宽”)的挡光条。若m、m、、2、满足关系式土三，则 可验证动量守恒定律。 (2)某同学想用图乙所示的装置验证碰撞过程动量守恒。用轻绳将两个小球 (小球半径与绳长相比可忽略不计)悬挂起来，将一个小球从某一高度由静止释放， 小球摆到最低点后将与另一小球发生碰撞。实验中仅有天平和刻度尺两种测量工 具，请说明要测量的物理量，以及利用测量量验证动量守恒定律的表达式见解 析。 B 独家授权侵权必究 多学科网书城画 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.ZXXK.C0m○ 您身边的互联网+教辅专家 乙 【解析】(1)①轻推放在导轨上的滑块使它从右向左运动，发现滑块通过光 电门2的时间大于通过光电门1的时间，说明滑块运动速度减小，导轨右端低， 为使导轨水平，可调节旋钮Q使导轨右端升高一些。 ②滑块经过光电门的瞬时速度近似等于平均速度，滑块A通过光电门1时的 速度大小为=。由于将经过光电门的瞬时速度近似等于平均速度，为减小实验 误差，应选择宽度适当窄一点的挡光条。同理可得碰撞后滑块B通过光电门2时 的速度大小为西=，滑块A通过光电门2时的速度大小为=，取向左为正方向， 若要验证动量守恒定律，需满足m1十22=m,代入得+=。 (2)用天平测量小球A、B的质量m、ma,小球A释放时到最低点的高度： 小球A与小球B碰撞后分别上升的高度2、。小球A从释放到最低点，由动能 定理有mgh:=m2,解得=：同理可得碰撞后小球A和小球B的速度分别为 =,)=。若要验证动量守恒定律，需验证的表达式为m2十m=m,代 入速度表达式得m4十mn=me 独家授权侵权必究