第八章動量守恒定律-4實驗專題（原卷版）

姓名：_______________第八章動量守恒定律姓名：_______________第八章動量守恒定律實驗專題

目錄「利用光電門驗證動量守恒定律」 1「利用平拋運動驗證動量守恒定律」 4「其他方法驗證動量守恒定律」 8「利用光電門驗證動量守恒定律」1.(2022·云南模擬)用如圖所示的裝置可以驗證動量守恒定律，在滑塊A和B相碰的端面上裝上彈性碰撞架，它們的上端裝有等寬的擋光片．（1）實驗前需要調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌水平，借助光電門來檢驗氣墊導(dǎo)軌是否水平的方法是________________．（2）為了研究兩滑塊所組成的系統(tǒng)在彈性碰撞和完全非彈性碰撞兩種情況下的動量關(guān)系，實驗分兩次進行．第一次：將滑塊A置于光電門1的左側(cè)，滑塊B靜置于兩光電門間的某一適當位置．給A一個向右的初速度，通過光電門1的時間為Δt1，A與B碰撞后又分開，滑塊A再次通過光電門1的時間為Δt2，滑塊B通過光電門2的時間為Δt3.第二次：在兩彈性碰撞架的前端貼上雙面膠，同樣讓滑塊A置于光電門1的左側(cè)，滑塊B靜置于兩光電門間的某一適當位置．給A一個向右的初速度，通過光電門1的時間為Δt4，A與B碰撞后粘連在一起，滑塊B通過光電門2的時間為Δt5.為完成該實驗，還必須測量的物理量有________(填選項前的字母)．A．擋光片的寬度dB．滑塊A的總質(zhì)量m1C．滑塊B的總質(zhì)量m2D．光電門1到光電門2的距離L（3）在第二次實驗中若滑塊A和B在碰撞的過程中動量守恒，則應(yīng)該滿足的表達式為________________(用已知量和測量量表示)．（4）在第一次實驗中若滑塊A和B在碰撞的過程中機械能守恒，則應(yīng)該滿足的表達式為________________(用已知量和測量量表示)．2.某同學(xué)用如圖所示的實驗裝置驗證動量定理，所用器材包括：氣墊導(dǎo)軌、滑塊(上方安裝有寬度為d的遮光片)、兩個與計算機相連接的光電門、砝碼盤和砝碼等。實驗步驟如下：（1）開動氣泵，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌，輕推滑塊，當滑塊上的遮光片經(jīng)過兩個光電門的遮光時間________時，可認為氣墊導(dǎo)軌水平。（2）用天平測砝碼與砝碼盤的總質(zhì)量m1、滑塊(含遮光片)的質(zhì)量m2。（3）用細線跨過輕質(zhì)定滑輪將滑塊與砝碼盤連接，并讓細線水平拉動滑塊。（4）令滑塊在砝碼和砝碼盤的拉動下從左邊開始運動，和計算機連接的光電門能測量出遮光片經(jīng)過A、B兩處的光電門的遮光時間Δt1、Δt2及遮光片從A運動到B所用的時間t12。（5）在遮光片隨滑塊從A運動到B的過程中，如果將砝碼和砝碼盤所受重力視為滑塊所受拉力，拉力沖量的大小I＝________，滑塊動量改變量的大小Δp＝__________(用題中給出的物理量及重力加速度g表示)。（6）某次測量得到的一組數(shù)據(jù)是：d＝1.000cm，m1＝1.50×10－2kg，m2＝0.400kg，Δt1＝3.900×10－2s，Δt2＝1.270×10－2s，t12＝1.50s，取g＝9.80m/s2。計算可得I＝________N·s，Δp＝________kg·m·s－1(結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)。（7）定義δ＝eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(I－Δp,I)))×100%，本次實驗δ＝________%(保留1位有效數(shù)字)。3.現(xiàn)利用圖(a)所示的裝置“驗證動量守恒定律”.在圖(a)中，氣墊導(dǎo)軌上有A、B兩個滑塊，滑塊A右側(cè)帶有一彈簧片，左側(cè)與打點計時器(圖中未畫出)的紙帶相連；滑塊B左側(cè)也帶有一彈簧片，上面固定一遮光片，光電計時器(未完全畫出)可以記錄遮光片通過光電門的時間.實驗測得滑塊A的質(zhì)量m1＝0.310kg，滑塊B的質(zhì)量m2＝0.108kg，遮光片的寬度d＝1.00cm；打點計時器所用交變電流的頻率f＝50.0Hz.將光電門固定在滑塊B的右側(cè)，啟動打點計時器，給滑塊A一向右的初速度，使它與B相碰.碰后光電計時器顯示的時間為ΔtB＝3.500ms，碰撞前后打出的紙帶如圖(b)所示.若實驗允許的相對誤差絕對值(eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(碰撞前后總動量之差,碰前總動量)))×100%)最大為5%，本實驗是否在誤差范圍內(nèi)驗證了動量守恒定律？寫出運算過程.4.某同學(xué)利用打點計時器和氣墊導(dǎo)軌做“驗證動量守恒定律”的實驗，氣墊導(dǎo)軌裝置如圖1甲所示，所用的氣墊導(dǎo)軌裝置由導(dǎo)軌、滑塊、彈射架等組成.在空腔導(dǎo)軌的兩個工作面上均勻分布著一定數(shù)量的小孔，向?qū)к壙涨粌?nèi)不斷通入壓縮空氣，空氣會從小孔中噴出，使滑塊穩(wěn)定地漂浮在導(dǎo)軌上，這樣就大大減小了因滑塊與導(dǎo)軌之間的摩擦而引起的誤差.（1）下面是實驗的主要步驟：①安裝好氣墊導(dǎo)軌，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌的調(diào)節(jié)旋鈕，使導(dǎo)軌水平；②向氣墊導(dǎo)軌通入壓縮空氣；③把打點計時器固定在緊靠氣墊導(dǎo)軌左端彈射架的外側(cè)，將紙帶穿過打點計時器與彈射架并固定在滑塊1的左端，調(diào)節(jié)打點計時器的高度，直至滑塊拖著紙帶移動時，紙帶始終在水平方向；④使滑塊1擠壓導(dǎo)軌左端彈射架上的彈射裝置；⑤把滑塊2放在氣墊導(dǎo)軌的中間；⑥先__________，然后__________，讓滑塊帶動紙帶一起運動，然后兩滑塊粘合到一起；⑦取下紙帶，重復(fù)步驟④⑤⑥，選出較理想的紙帶如圖乙所示；⑧測得滑塊1(包括撞針)的質(zhì)量為310g，滑塊2(包括橡皮泥)的質(zhì)量為205g，試著完善實驗步驟⑥的內(nèi)容.（2）已知打點計時器每隔0.02s打一個點，計算可知，兩滑塊相互作用前系統(tǒng)的總動量為_______kg·m/s；兩滑塊相互作用后系統(tǒng)的總動量為_______kg·m/s.(保留三位有效數(shù)字)（3）試說明（2）中兩結(jié)果不完全相等的主要原因是_____________________________.「利用平拋運動驗證動量守恒定律」5.(2021·哈爾濱模擬)圖示為一彈簧彈射裝置，在內(nèi)壁光滑、水平固定的金屬管中放有輕彈簧，彈簧壓縮并鎖定，在金屬管兩端各放置一個金屬小球1和2(兩球直徑略小于管徑且與彈簧不固連)?，F(xiàn)解除彈簧鎖定，兩個小球同時沿同一直線向相反方向彈射。然后按下述步驟進行實驗。①用天平測出兩球質(zhì)量m1、m2；②用刻度尺測出兩管口離地面的高度h；③記錄兩球在水平地面上的落點P、Q?；卮鹣铝袉栴}：（1）要測定彈射裝置在彈射時所具有的彈性勢能，還需測量的物理量有________。(已知重力加速度g)A．彈簧的壓縮量ΔxB．兩球落點P、Q到對應(yīng)管口M、N的水平距離x1、x2C．小球直徑D．兩球從管口彈出到落地的時間t1、t2（2）根據(jù)測量結(jié)果，可得彈性勢能的表達式為Ep＝__________。（3）由上述測得的物理量來表示，如果滿足關(guān)系式____________，就說明彈射過程中兩小球組成的系統(tǒng)動量守恒。6.(2020·西安檢測)某實驗小組用如圖所示的裝置驗證動量守恒。（1）對于該實驗，下列說法正確的是________。A．入射小球和被碰小球應(yīng)該質(zhì)量相同、半徑相同B．要確保斜槽軌道光滑，其末端水平C．入射小球可以從斜槽上不同位置釋放，但必須由靜止釋放D．實驗只需要直尺和天平兩個測量工具即可E．在地面上要依次鋪上復(fù)寫紙、白紙，以確定小球的落點F．在調(diào)整斜槽末端水平時，將小球放在斜槽末端不同位置都能靜止即可G．槽口必須懸掛一個重垂線，以便確定槽口在地面的投影位置H．實驗必須測出離地面的高度，以便求出小球做平拋運動的時間I．實驗需要用游標卡尺測出小球直徑，以便準確求出小球做平拋運動的時間J．圖中標出小球落點M、N、P是小球多次實驗落點中最清晰的點（2）未放被碰小球和放上被碰小球時入射小球前后兩次的落地位置分別為圖中的________、________兩點；若入射小球的質(zhì)量為m1，被碰小球的質(zhì)量為m2，則實驗需要驗證的表達式為_________________________________________。7.某同學(xué)用圖甲所示裝置通過半徑相同的A、B兩球的碰撞來尋找不變量，圖中CQ是斜槽，QR為水平槽，二者平滑相接，實驗時先使A球從斜槽上某一固定位置G由靜止開始滾下，落到位于水平地面上的記錄紙上，留下痕跡.重復(fù)上述操作10次，得到10個落點痕跡.然后把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，讓A球仍從位置G由靜止開始滾下，和B球碰撞后，A、B球分別在記錄紙上留下各自的落點痕跡.重復(fù)這種操作10次.圖中O是水平槽末端R在記錄紙上的垂直投影點，P為未放被碰球B時A球的平均落點，M為與B球碰后A球的平均落點，N為被碰球B的平均落點.若B球落點痕跡如圖乙所示，其中米尺水平放置，且平行于OP.米尺的零點與O點對齊.（1）入射球A的質(zhì)量mA和被碰球B的質(zhì)量mB的關(guān)系是mA________mB(選填“>”“<”或“＝”).（2）碰撞后B球的水平射程約為________cm.（3）下列選項中，屬于本次實驗必須測量的是________(填選項前的字母).A.水平槽上未放B球時，測量A球平均落點位置到O點的距離B.A球與B球碰撞后，測量A球平均落點位置到O點的距離C.測量A球或B球的直徑D.測量A球和B球的質(zhì)量E.測量G點相對于水平槽面的高度（4）若mv為不變量，則需驗證的關(guān)系式為______________________________________8.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，某同學(xué)選取了兩個體積相同、質(zhì)量不相等的小球，按下述步驟做了如下實驗：①用天平測出兩個小球的質(zhì)量(分別為m1和m2，且m1>m2)。②按照如圖所示的那樣，安裝好實驗裝置。將斜槽AB固定在桌邊，使槽的末端處的切線水平，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放在斜槽末端邊緣處，讓小球m1從斜槽頂端A處由靜止開始滾下，使它們發(fā)生碰撞，記下小球m1和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(xué)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。（1）小球m1和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(guān)系式______________，則說明碰撞中動量守恒。（3）用測得的物理量來表示，只要再滿足關(guān)系式___________，則說明兩小球的碰撞是彈性碰撞。9.在驗證動量守恒定律實驗中，實驗裝置如圖所示，a、b是兩個半徑相等的小球，按照以下步驟進行操作：①在平木板表面釘上白紙和復(fù)寫紙，并將該木板豎直立于緊靠槽口處，將小球a從斜槽軌道上固定點處由靜止釋放，撞到木板并在白紙上留下痕跡O；②將木板水平向右移動一定距離并固定，再將小球a從固定點處由靜止釋放，撞到木板上得到痕跡B；③把小球b靜止放在斜槽軌道水平段的最右端，讓小球a仍從固定點處由靜止釋放，和小球b相碰后，兩球撞在木板上得到痕跡A和C。（1）若碰撞過程中沒有機械能損失，為了保證在碰撞過程中a球不反彈，a、b兩球的質(zhì)量m1、m2間的關(guān)系是m1________m2。(選填“>”“＝”或“<”)（2）為完成本實驗，必須測量的物理量有________。A．小球a開始釋放的高度hB．木板水平向右移動的距離lC．a(chǎn)球和b球的質(zhì)量m1、m2D．O點到A、B、C三點的距離y1、y2、y3（3）在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，若動量守恒，其關(guān)系式應(yīng)為________。10.(2022·重慶模擬)某物理興趣小組利用如圖甲所示的裝置進行“驗證動量守恒定律”實驗，在足夠大的水平平臺上的A點放置一個光電門。水平平臺上A點右側(cè)摩擦很小可忽略不計，左側(cè)為粗糙水平面，當?shù)刂亓铀俣却笮間。采用的實驗步驟如下：甲乙①在小滑塊a上固定一個寬度為d的窄擋光片；②用天平分別測出小滑塊a(含擋光片)和小球b的質(zhì)量ma、mb；③在a和b間用細線連接，中間夾一被壓縮了的輕彈簧，靜止放置在平臺上；④細線燒斷后，a、b瞬間被彈開，向相反方向運動；⑤記錄滑塊a通過光電門時擋光片的遮光時間t；⑥滑塊a最終停在C點(圖中未畫出)，用刻度尺測出AC之間的距離sa；⑦小球b從平臺邊緣飛出后，落在水平地面上的B點，用刻度尺測出平臺距水平地面的高度h及平臺邊緣鉛垂線與B點之間的水平距離sb；⑧改變彈簧壓縮量，進行多次測量。（1）該實驗要驗證“動量守恒定律”，則只需驗證________＝________即可。(用上述實驗數(shù)據(jù)字母表示)（2）改變彈簧壓縮量，多次測量后，該實驗小組得到sa與eq\f(1,t2)的關(guān)系圖象如圖乙所示，圖線的斜率為k，則平臺上A點左側(cè)與滑塊a之間的動摩擦因數(shù)大小為________。(用上述實驗數(shù)據(jù)字母表示)「其他方法驗證動量守恒定律」11.某同學(xué)設(shè)計了一個用打點計時器探究碰撞過程中不變量的實驗：在小車甲的前端黏有橡皮泥，推動小車甲使之做勻速直線運動，然后與原來靜止在前方的小車乙相碰并粘合成一體，而后兩車繼續(xù)做勻速直線運動，他設(shè)計的具體裝置如圖所示.在小車甲后連著紙帶，打點計時器打點頻率為50Hz，長木板一端下面墊著小木片用以平衡摩擦力.（1）若已得到打點紙帶如圖所示，并將測得的各計數(shù)點間距離標在圖上，A點是運動起始的第一點，則應(yīng)選____段來計算甲的碰前速度，應(yīng)選______段來計算甲和乙碰后的共同速度(以上兩格選填“AB”“BC”“CD”或“DE”).（2）已測得小車甲的質(zhì)量m甲＝0.40kg，小車乙的質(zhì)量m乙＝0.20kg，由以上測量結(jié)果可得：碰前m甲v甲＋m乙v乙＝______________kg·m/s；碰后m甲v甲′＋m乙v乙′＝____________kg·m/s(結(jié)果保留3位有效數(shù)字).（3）由（2）可得出的結(jié)論是______________________________________________________.12.如圖(a)所示，沖擊擺是一個用細線懸掛著的擺塊，彈丸擊中擺塊時陷入擺塊內(nèi)，使擺塊擺至某一高度，利用這種裝置可以測出彈丸的發(fā)射速度。圖(a)圖(b)實驗步驟如下：①用天平測出彈丸的質(zhì)量m和擺塊的質(zhì)量M；②將實驗裝置水平放在桌子上，調(diào)節(jié)擺繩的長度，使彈丸恰好能射入擺塊內(nèi)，并使擺塊擺動平穩(wěn)，同時用刻度尺測出擺長；③讓擺塊靜止在平衡位置，扳動彈簧槍的扳機，把彈丸射入擺塊內(nèi)，擺塊和彈丸推動指針一起擺動，記下指針的最大偏角；④多次重復(fù)步驟③，記錄指針最大偏角的平均值；⑤換不同擋位測量，并將結(jié)果填入下表。擋位平均最大偏角θ(角度)彈丸質(zhì)量m(kg)擺塊質(zhì)量M(kg)擺長l(m)彈丸的速度v(m/s)低速擋15.70.007650.07890.2705.03中速擋19.10.007650.07890.2706.77高速擋0.007650.07890.2707.15完成下列填空：（1）現(xiàn)測得高速擋指針最大偏角如圖(b)所示，請將表中數(shù)據(jù)補充完整：θ＝________。（2）用上述測量的物理量表示發(fā)射彈丸的速度v＝______。(已知重力加速度為g)（3）為減小實驗誤差，每次實驗前，并不是將指針置于豎直方向的零刻度處，常常需要試射并記下各擋對應(yīng)的最大指針偏角，每次正式射擊前，應(yīng)預(yù)置指針，使其偏角略小于該擋的最大偏角。請寫出這樣做的一個理由：______