2019届高考物理一轮复习第六单元动量守恒定律题组层级快练30实验:验证动量守恒定律新人教版.pdf
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1、题组层级快练 (三十) 1(2017朝阳区二模) 若采用图中甲、 乙两种实验装置来验证动量守恒定律( 图中小球半径 相同,质量均为已知,且mAmB,B、B两点在同一水平线上) ,下列说法正确的是( ) A采用图甲所示的装置,必须测量OB 、 OM 、OP和 ON的距离 B采用图乙所示的装置,必须测量OB 、 BN、BP和 BM的距离 C采用图甲所示装置,若mAON mAOP mBOM ,则表明此碰撞动量守恒 D采用图乙所示装置,若 1 BN 1 BM 1 BP ,则表明此碰撞机械能守恒 答案D 解析A项,如果采用图甲所示装置,由于小球平抛运动的时间相等,故可以用水平位移代 替速度进行验证,不需
2、要测量OB的长度,故A项错误; B 项,如果采用图乙所示装置时, 利用水平距离相等,根据下落的高度可确定飞行时间,从而根据高度可以表示出对应的水平 速度,从而确定动量是否守恒,故不需要测量OB的距离,故B 项错误; C 项,采用图甲所 示装置,一个球时水平距离为OP ,两球相碰时,A 球距离为OM ,B球为 ON ,则根据动量守 恒定律有: mAvmAv1mBv2, 因下落时间相同, 则两端同时乘以t 后有 mA OP mA OM mB ON , 则表明此碰撞动量守恒,故C项错误; D项,小球碰后做平抛运动,速度越快,下落高度越 小,单独一个球下落时,落点为P,两球相碰后,落点分别为M和 N,
3、根据动量守恒定律有: mAvmAv1mBv2,而速度 vl t ,根据 h 1 2gt 2 可得, t 2h g ,则可解得:v BB 2BP g ,v1 BB 2B M g , v2 BB 2B N g ;代入动量守恒表达式,消去公共项后,有 mA BP mA BM mB BN ,机械能守恒定律可知: 1 2m Av 21 2m Av1 21 2m Bv2 2,代入速度表达式可知: mA B P mA BM mB BN ,联立动量表达式和机械能表达式可知 1 BN 1 BM 1 BP ,故可以根据该式表明 此碰撞机械能守恒,故D项正确 2在用气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”实验时,左侧滑块质
4、量m1170 g,右侧滑块质 量 m2110 g ,挡光片宽度为3.00 cm ,两滑块之间有一压缩的弹簧片,并用细线连在一起, 如图所示开始时两滑块静止,烧断细线后,两滑块分别向左、右方向运动挡光片通过光 电门的时间分别为t1 0.32 s,t20.21 s取向左为正方向则两滑块的速度分别为v 1_ m/s ,v2_ m/s. 烧断细线前m1v1m2v2_ kg m/s,烧断细 线后m1v 1m2v2_ kgm/s.可得到的结论是 _ 答案0.094 0.143 0 2.5 10 4 kgm/s 在实验允许的误差范围内,两滑块质量与 各自速度的乘积之和为不变量 解析取向左方向为正,两滑块速度
5、v1 d t1 3.0010 2 0.32 m/s 0.094 m/s , v2 d t 2 3.0010 2 0.21 m/s 0.143 m/s. 烧断细线前m1v1m2v20 烧断细线后m1v1m2v2(0.170 0.0940.1100.143) kgm/s2.5 10 4 kgm/s, 在实验允许的误差范围内,m1v1m2v2m1v1m2v2. 3(2017莆田一模) 小明同学设计了一个用电磁打点计时器验证动量守恒定律的实验如 图甲所示, 长木板下垫着小木块以平衡两车的摩擦力;让小车 P做匀速运动, 然后与原来静 止在前方的小车Q相碰并粘合成一体,继续做匀速运动;在小车 P后连着纸带
6、, 电磁打点计 时器所用电源频率为50 Hz. (1) 某次实验测得纸带上各计数点的间距如图乙所示,A 为运动的起点,则应选_段 来计算小车P 碰撞前的速度,应选_段来计算小车P 和 Q 碰后的共同速度( 选填 “AB ”“BC ”“CD ”或“ DE ”) (2) 测得小车P的质量 m10.4 kg ,小车 Q的质量 m20.2 kg ,则碰前两小车的总动量大小 为_ kgm/s,碰后两小车的总动量大小为_ kgm/s.( 计算结果保 留三位有效数字) (3) 由本次实验获得的初步结论是_ 答案(1)BC DE (2)0.420 0.417 (3) 在误差允许范围内,系统动量守恒 解析(1)
7、 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,故选 BC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碰后的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 (2) 由图乙可知,BC段的距离为BC10.50 cm 0.105 0 m ; DE段的距离DE 6.95 cm 0.069 5 m ; 则碰前小车的速度为:vA BC t 0.105 0 0.025 m/s 1.05 m/s , 碰前的总动量为:pmAvA0.4 1.05 kgm/s0.420
8、kg m/s; 碰后小车的共同速度为:vDE t 0.069 5 0.025 m/s 0.695 m/s , 碰后的动量为:p (mAmB)v (0.4 0.2) 0.695 kg m/s0.417 kg m/s; (3) 根据碰撞前后的动量关系可知在误差允许的范围内系统动量守恒 4. (2017百色二模) 如图所示,某同学制作了一个弹簧弹射装置,轻 弹簧两端各放一个金属小球( 小球与弹簧不连接) ,压缩弹簧并锁定, 该系统放在内壁光滑的金属管中( 管径略大于两球直径) ,金属管水平 固定在离地面一定高度处,解除弹簧锁定, 两小球向相反方向弹射,射出管时均已脱离弹簧, 现要测定弹射装置锁定时具
9、有的弹性势能,并探究弹射过程遵循的规律,实验小组配有足够 的基本测量工具,重力加速度大小取g,按下述步骤进行实验: 用天平测出小球P和 Q的质量分别为m1、m2; 用刻度尺测出管口离地面的高度h; 解除锁定记录两球在水平地面上的落点N、M ; 根据该同学的实验,回答下列问题: (1) 除上述测量外,要测定弹射装置锁定时具有的弹性势能,还需要测量的物理量是 _ A弹簧的压缩量x BP、Q两球落地点M 、N到对应管口的水平距离x1、x2 C金属管的长度L D两球从弹出到落地的时间t1、t2 (2) 根据测量物理量可得弹性势能的表达式_ (3) 如果满足关系式_, 则说明弹射过程中轻弹簧和两金属球组
10、成的系统动量守恒( 用 测得的物理量符号表示) 答案(1)B (2) m1gx1 2 4h m 2gx2 2 4h (3)m1x1m2x2 解析(1) 由题意可知,弹簧的弹性势能转化为小球的动能,则由Ep 1 2m 1v1 21 2m 2v2 2 即可求 得弹性势能;故应测量小球的质量m1、m2以及通过初速度v1、v2,为了测量小球的速度,需 要知道做平抛运动的水平位移,压缩量、金属管的长度以及时间和小球的直径均不需要测量; 故 B项正确, A、C、D三项错误 (2) 由(1) 可知: Ep 1 2m 1v1 21 2m 2v2 2 由 h 1 2gt 2 可得平抛运动的时间为:t 2h g
11、,根据水平方向上的匀速直线运动规律可知: v1x 1 t ,v2 x2 t 即为: Ep 1 2m 1v1 21 2m 2v2 2m1gx1 2 4h m2gx2 2 4h (3) 根据动量守恒定律可知,两球碰前动量为零,碰后方向相反,设向左为正,则有: 0m1v1m2v2 再根据水平方向xvt 可得: m1x1m2x2 5. 某同学用如图所示的装置通过半径相同的A、B 两球 (mAmB) 的碰撞 来验证动量守恒定律,图中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
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