（浙江專版）2022屆高考物理一輪復習 第13章 動量守恒定律近代物理 3 實驗十三 驗證動量守恒定律隨堂檢測鞏固落實 新人教版

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1、（浙江專版）2022屆高考物理一輪復習 第13章 動量守恒定律近代物理 3 實驗十三 驗證動量守恒定律隨堂檢測鞏固落實 新人教版 1．為了驗證碰撞中的動量守恒和檢驗兩個小球的碰撞是否為彈性碰撞(碰撞過程中沒有機械能損失)，某同學選取了兩個體積相同、質量不等的小球，按下述步驟做實驗： ①用天平測出兩個小球的質量分別為m1和m2，且m1>m2． ②按照如圖所示安裝好實驗裝置．將斜槽AB固定在桌邊，使槽的末端點的切線水平．將一斜面BC連接在斜槽末端． ③先不放小球m2，讓小球m1從斜槽頂端A處由靜止開始滾下，記下小球在斜面上的落點位置． ④將小球m2放在斜槽末端點B處，讓小球m1從斜槽

2、頂端A處滾下，使它們發(fā)生碰撞，記下小球m1和小球m2在斜面上的落點位置． ⑤用毫米刻度尺量出各個落點位置到斜槽末端點B的距離．圖中D、E、F點是該同學記下的小球在斜面上的幾個落點位置，到B點的距離分別為LD、LE、LF． 根據(jù)該同學的實驗，回答下列問題： (1)小球m1與m2發(fā)生碰撞后，m1的落點是圖中的____點，m2的落點是圖中的________點． (2)用測得的物理量來表示，只要滿足關系式________________________，則說明碰撞中動量是守恒的． (3)用測得的物理量來表示，只要再滿足關系式________________________，則說明兩小球的碰撞

3、是彈性碰撞． 解析：(1)小球的落點位置跟平拋運動的初速度大小有關，碰后，小球m1的速度較小，m2的速度較大，所以m1的落點是圖中的D點，m2的落點是圖中的F點． (2)設碰前小球m1的速度為v0，碰撞后m1的速度為v1，m2的速度為v2，根據(jù)動量守恒定律，它們應該滿足關系式m1v0＝m1v1＋m2v2．設斜面傾角為θ，根據(jù)平拋運動的規(guī)律有tan θ＝＝＝，所以v＝∝t，而t＝∝∝，所以v∝．本題中，要驗證m1v0＝m1v1＋m2v2成立，只需要驗證m1＝m1＋m2成立． (3)要驗證兩個小球的碰撞是彈性碰撞，即要再驗證m1v＝m1v＋m2v成立，而平拋運動時的初速度v∝，所以v2∝L，

4、故需要再滿足關系式m1LE＝m1LD＋m2LF． 答案：(1)D　F　 (2)m1＝m1＋m2 (3)m1LE＝m1LD＋m2LF 2．利用氣墊導軌通過閃光照相進行“探究碰撞中的不變量”這一實驗． (1)實驗要求研究兩滑塊碰撞時動能損失很小和很大等各種情況，若要求碰撞時動能損失最大應選圖中的________(填“甲”或“乙”)，若要求碰撞動能損失最小則應選下圖中的________(填“甲”或“乙”)．(甲圖兩滑塊分別裝有彈性圈，乙圖兩滑塊分別裝有撞針和橡皮泥) (2)某次實驗時碰撞前B滑塊靜止，A滑塊勻速向B滑塊運動并發(fā)生碰撞，利用閃光照相的方法連續(xù)4次拍攝得到的閃光照片如圖所

5、示．已知相鄰兩次閃光的時間間隔為T，在這4次閃光的過程中，A、B兩滑塊均在0～80 cm范圍內，且第1次閃光時，滑塊A恰好位于x＝10 cm處．若A、B兩滑塊的碰撞時間及閃光持續(xù)的時間極短，均可忽略不計，則可知碰撞發(fā)生在第1次閃光后的________時刻，A、B兩滑塊質量比mA∶mB＝________． 解析：(1)若要求碰撞時動能損失最大，則需兩滑塊碰撞后結合在一起，故應選圖中的乙；若要求碰撞時動能損失最小，則應使兩滑塊發(fā)生彈性碰撞，即選圖中的甲． (2)由圖可知，第1次閃光時，滑塊A恰好位于x＝10 cm處，第二次A在x＝30 cm處，第三次A在x＝50 cm處，碰撞在x＝60 c

6、m處．從第三次閃光到碰撞的時間為，則可知碰撞發(fā)生在第1次閃光后的2．5T時刻．設碰前A的速度為v，則碰后A的速度為，B的速度為v，根據(jù)動量守恒定律可得mAv＝－mA·＋mB·v，解得＝． 答案：(1)乙　甲　(2)2．5T　2∶3 3．某實驗小組的同學制作了一個彈簧彈射裝置，輕彈簧兩端各放一個金屬小球(小球與彈簧不連接)，壓縮彈簧并鎖定，然后將鎖定的彈簧和兩個小球組成的系統(tǒng)放在內壁光滑的金屬管中(管徑略大于兩球直徑)，金屬管水平固定在離地面一定高度處，如圖所示．解除彈簧鎖定，則這兩個金屬小球可以同時沿同一直線向相反方向彈射．現(xiàn)要測定彈射裝置在彈射時所具有的彈性勢能，并探究彈射過程所遵循的規(guī)

7、律，實驗小組配有足夠的基本測量工具，并按下述步驟進行實驗： ①用天平測出兩球質量分別為m1、m2； ②用刻度尺測出兩管口離地面的高度均為h； ③解除彈簧鎖定彈出兩球，記錄下兩球在水平地面上的落點M、N． 根據(jù)該小組同學的實驗，回答下列問題： (1)要測定彈射裝置在彈射時所具有的彈性勢能，還需要測量的物理量有________． A．彈簧的壓縮量Δx B．兩球落地點M、N到對應管口P、Q的水平距離x1、x2 C．小球直徑 D．兩球從彈出到落地的時間t1、t2 (2)根據(jù)測量結果，可得彈性勢能的表達式為_________________________________ __

8、______________________________________________________________________． (3)用測得的物理量來表示，如果滿足關系式____________________________，則說明彈射過程中系統(tǒng)動量守恒． 解析：(1)彈簧彈出兩球過程中，系統(tǒng)機械能守恒，要測定壓縮彈簧的彈性勢能，可轉換為測定兩球被彈出時的動能，實驗中顯然可以利用平拋運動測定平拋初速度以計算初動能，因此在測出平拋運動下落高度的情況下，只需測定兩球落地點M、N到對應管口P、Q的水平距離x1、x2，所以選B． (2)平拋運動的時間t＝，初速度v0＝，因此初動

9、能Ek＝mv＝，由機械能守恒定律可知，壓縮彈簧的彈性勢能等于兩球平拋運動的初動能之和，即Ep＝＋． (3)若彈射過程中系統(tǒng)動量守恒，則m1v01＝m2v02，代入時間得m1x1＝m2x2． 答案：(1)B　(2)Ep＝＋ (3)m1x1＝m2x2 4．如圖是用來驗證動量守恒的實驗裝置，彈性球1用細線懸掛于O點，O點下方桌子的邊緣有一豎直立柱．實驗時，調節(jié)懸點，使彈性球1靜止時恰與立柱上的球2右端接觸且兩球等高．將球1拉到A點，并使之靜止，同時把球2放在立柱上．釋放球1，當它擺到懸點正下方時與球2發(fā)生對心碰撞，碰后球1向左最遠可擺到B點，球2落到水平地面上的C點．測出有關數(shù)據(jù)即可驗證1、

10、2兩球碰撞時動量守恒．現(xiàn)已測出A點離水平桌面的距離為a、B點離水平桌面的距離為b，C點與桌子邊沿間的水平距離為c．此外： (1)還需要測量的量是_____________、_____________和_______________． (2)根據(jù)測量的數(shù)據(jù)，該實驗中動量守恒的表達式為________________________．(忽略小球的大小) 解析：(1)要驗證動量守恒必須知道兩球碰撞前后的動量變化，根據(jù)彈性球1碰撞前后的高度a和b，由機械能守恒可以求出碰撞前后的速度，故只要再測量彈性球1的質量m1，就能求出彈性球1的動量變化；根據(jù)平拋運動的規(guī)律只要測出立柱高h和桌面離水平地面

11、的高度H就可以求出彈性球2碰撞前后的速度變化，故只要測量彈性球2的質量和立柱高h、桌面離水平地面的高度H就能求出彈性球2的動量變化． (2)根據(jù)(1)的解析可以寫出動量守恒的方程 2m1＝2m1＋m2． 答案：(1)彈性球1、2的質量m1、m2　立柱高h 桌面離水平地面的高度H (2)2m1＝2m1＋m2 5． 用“碰撞實驗器”可以驗證動量守恒定律，即研究兩個小球在軌道水平部分碰撞前后的動量關系． (1)實驗中，直接測定小球碰撞前后的速度是不容易的．但是，可以通過僅測量__________(填選項前的序號)，間接地解決這個問題． A．小球開始釋放高度h B．小球拋出點距

12、地面的高度H C．小球做平拋運動的水平射程 (2)圖甲中O點是小球拋出點在地面上的垂直投影，實驗時，先讓入射球m1多次從斜軌上同一位置靜止釋放，找到其平均落地點的位置B，測量平拋射程．然后把被碰小球m2靜止于軌道的水平部分，再將入射小球m1從斜軌上相同位置靜止釋放，與小球m2相撞，并多次重復．接下來要完成的必要步驟是__________(填選項的符號)． A．用天平測量兩個小球的質量m1、m2 B．測量小球m1開始釋放高度h C．測量拋出點距地面的高度H D．分別找到m1、m2相碰后平均落地點的位置A、C E．測量平拋射程、 (3)若兩球相碰前后的動量守恒，其表達式可表示為__

13、__________________[用(2)中測量的量表示]；若碰撞是彈性碰撞，那么還應滿足的表達式為__________________[用(2)中測量的量表示]． (4)經(jīng)測定，m1＝45．0 g，m2＝7．5 g，小球落地點的平均位置到O點的距離如圖乙所示．碰撞前、后m1的動量分別為p1與p′1，則p1∶p′1＝__________∶11；若碰撞結束時m2的動量為p′2，則p′1∶p′2＝11∶__________；所以，碰撞前、后總動量的比值＝__________；實驗結果說明____________________． 解析：(1)設小球a沒有和b球碰撞，拋出時速度為v1，球

14、a和球b碰撞后拋出的速度分別為v2、v3，則我們要驗證動量守恒即：m1v1＝m1v2＋m2v3，測速度是關鍵，平拋運動的初速度v＝即m1＝m1＋m2，因為平拋運動的高度一定，所以t1＝t2＝t3，即m1＝m1＋m2，只要測得小球做平拋運動的水平射程，即可替代速度． (2)碰撞完畢后，就要測數(shù)據(jù)驗證了，所以我們由(1)知道可以通過測量它們的水平射程就可以替代不容易測量的速度．再用天平稱出兩小球的質量m1、m2． (3)見(1)，彈性碰撞沒有機械能損失，所以還應滿足機械能守恒，m12＝m12＋m22． (4)將數(shù)據(jù)代入(3)，因為存在實驗誤差，所以最后等式兩邊不會嚴格相等，所以誤差允許范圍內，碰撞前、后的總動量不變． 答案：(1)C　(2)ADE　(3)m1＝m1＋m2　m12＝m12＋m22　(4)14　2．9　　誤差允許范圍內，碰撞前、后的總動量不變