2023年高考物理实验6验证动量守恒定律练习.docx

2023年高考物理 实验6验证动量守恒定律练习 1．(8分)在验证碰撞中的动量守恒的实验中，入射小球在斜槽轨道上释放点的上下对实验影响的以下说法正确的选项是 (　　) A．释放点越低，小球受阻力越小，入射小球速度越小，误差越小 B．释放点越低，两球碰后水平位移越小，水平位移测量的相对误差越小，两球速度测量值越精确 C．释放点越高，两球相碰时，相互作用的内力越大，碰撞前后总动量之差越小，误差越小 D．释放点越高，入射小球对被碰小球的作用力越小 【解析】　由于该实验在两小球碰撞时不会完全符合合力为零的条件，故小球位置越高时，碰撞时的内力越大，外力相对越小，碰撞越接近动量守恒． 【答案】　C 2．(8分)现有以下A、B、C、D四个小球，在做“验证动量守恒定律〞的实验时，入射小球、被撞小球应分别选用 (　　) A．质量20g，直径为 B．质量22g，直径为 C．质量为40g，直径为 D．质量为4g，直径为 【解析】　选择的两个相碰的小球要大小相等而质量不同，且选择的入射小球的质量应大于被碰小于的质量，应选C、D. 【答案】　CD 3．(8分)在本实验中，产生误差的主要原因是 (　　) A．碰撞前入射小球的速度方向，碰撞后入射小球的速度方向和碰撞后被碰小球的速度方向不是绝对沿水平方向 B．小球在空气中飞行时受到空气阻力 C．通过复写纸描得的各点，不是理想点，有一定的大小，从而带来作图上的误差 D．测量长度时有误差 【解析】　由于碰撞前后小球的速度方向不是绝对沿水平方向，及落点不确定，长度测量等都是造成误差的主要原因，而在本实验中，由于小球的运动速度不是很大，所以空气阻力虽然会对测量结果造成影响，但不是产生误差的主要原因． 【答案】　ACD 4．(8分)做“验证碰撞中的动量守恒〞实验中，称得小球的质量m1＝，m2＝，应选________做入射小球．斜槽末端边缘在白纸上的投影为O，碰撞前后两球屡次落点的平均位置分别为P、M、N，但N点的位置模糊不清．请你根据动量守恒和图中的读数判定N点的位置应在________cm的刻度线上． 【解析】　根据入射球质量大于被碰球质量的实验要求，应选质量为m1的小球做入射球．OM＝(15－1)cm＝14cm，OP＝(31－1)cm＝30cm， 根据动量守恒有m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，代入数据计算得ON＝.因为O点位于1cm处， 故N点位置的刻度为(32.00＋1.00)cm＝. 【答案】　质量为m1的小球　 5．(8分)(2023·保定模拟)(1)“验证动量守恒定律〞的实验装置原来的教科书采用图甲所示的方法，经过编者修改后，现行的教科书采用图乙所示的方法．两个实验装置的区别在于：①悬挂重垂线的位置不同；②图甲中设计有一个支柱(通过调整，可使两球的球心在同一水平线上；上面的小球被碰离开后，支柱立即倒下)，图乙中没有支柱，图甲中的入射小球和被碰小球做平抛运动的抛出点分别在通过O、O′点的竖直线上，重垂线只确定了O点的位置，比拟这两个实验装置，以下说法正确的选项是 (　　) A．采用图甲所示的实验装置时，需要测出两小球的直径 B．采用图乙所示的实验装置时，需要测出两小球的直径 C．为了减小误差，采用图甲所示的实验装置时，应使斜槽末端水平局部尽量光滑 D．为了减小误差，采用图乙所示的实验装置时，应使斜槽末端水平局部尽量光滑 (2)在做“验证动量守恒定律〞的实验中： 如果采用(1)题图乙所示装置做实验，某次实验得出小球的落点情况如图丙所示，图中数据单位统一，假设碰撞动量守恒，那么碰撞小球质量m1和被碰撞小球质量m2之比m1m2________. 【解析】　图甲必须测出两个小球的直径，计算水平射程时用到小球直径；但图乙不用测出两球直径，原因是小球在斜槽末端做直接平抛运动，水平距离直接为OM、OP或ON，不用直径．据m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，把图中数据代入即得m1∶m2＝4∶1. 【答案】　(1)AD　(2)4∶1 6．(12分)用如以下图的装置验证动量守恒定律．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球释放前张直，且线与竖直线的夹角为α.A球释放后摆动到与竖直线夹角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，屡次重复上述实验，白纸上记录到多个B球的落点． (1)图中s应是B球初始位置到________的水平距离． (2)为了验证两球碰撞过程动量守恒，应测得________、________、________、________、________、________、________等物理量． (3)用测得的物理量表示碰撞前后A球、B球的动量：pA＝________，pA′＝________，pB＝________，pB′＝________. 【解析】　(1)s是B球的水平分位移． (2)A、B组成的系统碰撞前后，假设动量守恒．那么有mAvA＝mAvA′＋mBvB′，要求出vA需知L、α，要求出vA′需知β，要求出vB′需知H、s.故应测mA、mB、L、α、β、H、s. (3)碰前：pA＝mAvA ① mAv＝mAgL(1－cosα) ② 由①②得：pA＝mA. 碰后：mAv＝mAgL(1－cosβ)， 得pA′＝mA. 碰前pB＝0 碰后，vB′＝＝， pB′＝mBvB′＝mBs. 【答案】　(1)B球落点 (2)mA　mB　L　α　β　H　s (3)mA　mA　0 mBs 7．(12分)在“验证碰撞中的动量守恒〞实验中，让质量为m1的小球从斜面上某处自由滚下，与静止在斜槽末端质量为m2的小球发生对心碰撞，那么 (1)两小球质量的关系应满足 (　　) A．m1＝m2　　　　　　　　 B．m1>m2 C．m1<m2 D．没有限制 (2)实验必须满足的条件是 (　　) A．斜槽轨道末端的切线必须是水平的 B．斜槽轨道必须光滑 C．入射球m1每次必须从同一高度滚下 D．入射球m1和被碰球m2的球心在碰撞瞬间必须在同一高度 (3)实验中必须测量的量是 (　　) A．小球的质量m1和m2 B．小球半径R1和R2 C．桌面离地的高度H D．小球起始高度 E．从两球相碰到两球落地的时间 F．小球m1单独滚下的水平距离 G．两小球m1和m2相碰后飞出的水平距离 【解析】　(1)为防止反弹造成入射球返回斜槽，要求入射球质量大于被碰球质量，即m1>m2，应选B. (2)为保证两球从同一高度做平抛运动，实验中要求斜槽轨道末端的切线要调成水平；为保证实验有较好的重复性以减小误差，实验中要求入射球每次从同一高度滚下；为保证两球发生一维正碰，实验中要求调节装置使两球碰撞瞬间在同一高度．因本实验验证的是碰撞前后动量守恒，故不需要斜槽轨道必须光滑，应选A、C、D. (3)本实验必须测量的是两小球的质量m1和m2、入射球m1单独滚下的水平距离和两小球m1和m2相碰后飞出的水平距离．因小球脱离轨道后做的是相同高度的平抛运动，因此两球碰后落地时间相等，两小球水平分运动的时间也相等，故可以利用水平距离的测量代替速度的测量，所以不需要测量桌面离地面的高度及两小球碰后落地的时间．因验证的是碰撞前后的动量是否守恒，所以，小球起始高度也不需测量，应选A、F、G. 【答案】　(1)B　(2)ACD　(3)AFG 8．(12分)某同学用如以下图的装置做“验证动量守恒定律〞的实验，先将球a从斜槽轨道上某固定点处由静止开始滚下，在水平面上的记录纸上留下压痕，重复10次，再把同样大小的球b放在斜槽轨道水平端的最右端处静止，让球a仍从原来固定点由静止开始滚下，且与b球相碰，碰后两球分别落在记录纸上的不同位置，重复10次． (1)确定小球的平均落点的方法是______________________． (2)放上被碰小球，两球相碰后，小球a、b的平均落点位置依次是图中的点________和点________． (3)a、b两球在记录纸上留下的落点痕迹如以下图，其中米尺的零点与O点对齐，那么撞后b球的水平射程应为________cm. (4)某同学在做该实验时，不小心把a、b球位置换了，即把质量较大的a球(质量为ma)当成了被碰球，把质量较小的b球(质量为mb)当成了入射球．结果b球单独滚下时，平均落点为C点，而b球与a球相碰后不能向前抛出，b球和a球平均落点分别为A点和B点(如以下图)．该同学测出了相关的物理量，利用这些数据也能判断碰撞中的动量守恒，判断的依据是看________和________在误差允许的范围内是否相等． 【解析】　(1)用圆规画尽可能小的圆，把所有的落点圈在里面，圆心即是小球平均落点的位置． (2)碰前a球的速度大于碰后的速度，碰后b球的速度大于a球的速度，可知碰后小球a的平均落点位置是A，小球b的平均落点位置是C. (3)由第(2)问知，小球b的平均落点位置是C，利用最小圆法，b球的水平射程应为. (4)由实验原理可知，判断的依据是mb×OC和ma×OB－mb×OA在误差允许的范围内是否相等． 【答案】　(1)见解析　(2)A　C　 (4)mb·OC　ma·OB－mb·OA 9．(12分)为了验证碰撞中的动量是否守恒和检验两个小球的碰撞是否为弹性碰撞(碰撞过程中没有机械能损失)，某同学选取了两个体积相同、质量不相等的小球，按下述步骤进行实验． ①用天平测出两个小球的质量(分别为m1和m2，且m1>m2)． ②按照如以下图，安装好实验装置，将斜槽AB固定在桌边，使槽的末端的切线水平，将一斜面BC连接在斜槽末端． ③先不放小球m2，让小球m1从斜槽顶端A处由静止开始滚下，记下小球在斜面上的落点位置． ④将小球m2放在斜槽前端边缘处，让小球m1从斜槽顶端A处滚下，使它们发生碰撞，记下小球m1和小球m2在斜面上的落点位置． ⑤用毫米刻度尺量出各个落点到斜槽末端点B的距离．上图中D、E、F点是该同学记下的小球在斜面上的几个落点位置，到B点的距离分别为LD、LE、LF. 根据该同学的实验，答复以下问题： (1)小球m1与m2发生碰撞后，m1的落点是图中的________点，m2的落点是图中的________点； (2)用测得的物理量来表示，只要满足关系式________，那么说明碰撞中的动量是守恒的． 【解析】　此题的实验方法与课本上的实验方法不同之处在于小球的落点所在平面由水平改成了斜面．由平抛运动知识，可知此时小球做平抛运动的时间不再相等． 设小球做平抛运动的速度为v，小球落到斜面上时的位移为L，斜面与水平方向的夹角为θ，那么可得Lsinθ＝gt2 cosθ＝vt，联立可得v＝cosθ 那么可知v∝，同理v2∝L. 【答案】　(1)D　F (2)m1＝m1＋m2 10．(12分)如以下图，在实验室用两端带有竖直挡板C和D的气垫导轨和有固定挡板的质量都是M的滑块A和B做“探究碰撞中的守恒〞的实验，实验步骤如下： ①把两滑块A和B紧贴在一起，在A上放质量为m的砝码，置于导轨上，用电动卡销卡住A和B，在A和B的固定挡板间放入一弹簧，使弹簧处于水平方向上的压缩状态； ②按下电钮使电动卡销放开，同时启动两个记录两滑块运动时间的电子计时器，当A和B与挡板C和D碰撞同时，电子计时器自动停表，记下A至C的运动时间t1，B至D的运动时间t2； ③重复几次取t1和t2的平均值． (1)在调整气垫导轨时应注意____________________； (2)应测量的数据还有___________