高中物理选修1实验：验证动量守恒定律实验探究题专项训练姓名：__________班级：__________考号：__________
一、实验,探究题（共8题）
1、质量为M的小船以速度V0行驶，船上有两个质量皆为m的小孩a和b，分别静止站在船头和船尾.现小孩a沿水平方向以速率v（相对于静止水面）向前跃入水中，然后小孩b沿水平方向以同一速率v（相对于静止水面）向后跃入水中.求小孩b跃出后小船的速度.
2、两位同学用如图所示装置，通过半径相同的A、B两球的碰撞来验证动量守恒定律．
（1）实验中必须满足的条件是________．
A．斜槽轨道尽量光滑以减小误差
B．斜槽轨道末端的切线必须水平
C．入射球A每次必须从轨道的同一位置由静止滚下
D．两球的质量必须相等
（2）测量所得入射球A的质量为mA，被碰撞小球B的质量为mB，图中O点是小球抛出点在水平地面上的垂直投影，实验时，先让入射球A从斜轨上的起始位置由静止释放，找到其平均落点的位置P，测得平抛射程为OP；再将入射球A从斜轨上起始位置由静止释放，与小球B相撞，分别找到球A和球B相撞后的平均落点M、N，测得平抛射程分别为OM和ON．当所测物理量满足表达式_________________时，即说明两球碰撞中动量守恒；如果满足表达式_______________时，则说明两球的碰撞为完全弹性碰撞．
（3）乙同学也用上述两球进行实验，但将实验装置进行了改装：如图12所示，将白纸、复写纸固定在竖直放置的木条上，用来记录实验中球A、球B与木条的撞击点．实验时，首先将木条竖直立在轨道末端右侧并与轨道接触，让入射球A从斜轨上起始位置由静止释放，撞击点为B′；然后将木条平移到图中所示位置，入射球A从斜轨上起始位置由静止释放，确定其撞击点P′；再将入射球A从斜轨上起始位置由静止释放，与球B相撞，确定球A和球B相撞后的撞击点分别为M′和N′．测得B′与N′、P′、M′各点的高度差分别为h1、h2、h3．若所测物理量满足表达式_________________时，则说明球A和球B碰撞中动量守恒．
3、一同学利用水平气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”的实验时，测出一个质量为0.8kg的滑块甲以0.4m/s的速度与另一个质量为0.6kg，速度为0.2m/s的滑块乙迎面相撞，碰撞后滑块乙的速度大小变为0.3m/s，此时滑块甲的速度大小为_______m/s，方向与它原来的速度方向_______(选填“相同”或“相反”).
4、为了“探究碰撞中的不变量”，小明在光滑桌面上放有A、B两个小球．A球的质量为0.3kg，以速度8m/s跟质量为0.1kg、静止在桌面上的B球发生碰撞，并测得碰撞后B球的速度为9m/s，A球的速度变为5m/s，方向与原来相同．根据这些实验数据，小明对这次碰撞的规律做了如下几种猜想．
【猜想1】碰撞后B球获得了速度，A球把速度传递给了B球．
【猜想2】碰撞后B球获得了动能，A球把减少的动能全部传递给了B球．
(1)你认为以上的猜想成立吗？若不成立，请简述理由.
(2)根据实验数据，通过计算说明，有一个什么物理量，在这次碰撞中，B球所增加的这个物理量与A球所减少的这个物理量相等？
5、如图所示，在光滑水平面上有一块长为L的木板B，其上表面粗糙，在其左端有一个光滑的圆弧槽C与长木板接触但不连接，圆弧槽的下端与木板的上表面相平，B、C静止在水平面上。现有很小的滑块A以初速度v0从右端滑上B并以的速度滑离B，恰好能到达C的最高点。A、B、C的质量均为m，试求：
(1)木板B上表面的动摩擦因数μ。
(2)圆弧槽C的半径R。
6、冲击摆是测量子弹速度的摆，如图所示，摆锤的质量很大，子弹从水平方向射入摆中并留在其中，随摆锤一起摆动。已知冲击摆的摆长为L，摆锤的质量为M，实验中测得摆锤摆动时摆线的最大摆角是。
（1）欲测得子弹的速度还需要测量的物理量是????。
（2）计算子弹速度的表达式???（用已知量和测量量的符号表示）
7、如图所示为弹簧弹射装置，在内壁光滑、水平固定的金属管中放有轻弹簧，在其两端各放置一个金属小球1和2（两球直径略小于管内径且与弹簧不固连），压缩弹簧并锁定．现解除锁定，则两个小球同时沿同一直线向相反方向弹射．按下述步骤进行实验：
①用天平测出两球质量分别为m1、m2；
②用刻度尺测出两管口离地面的高度均为h；
③解除弹簧锁定弹出两球，记录两球在水平地面上的落点P、Q．
回答下列问题：
（1）要测定弹射装置在弹射时所具有的弹性势能，还需测量的物理量有______．（已知重力加速度g）
A．弹簧的压缩量Δx
B．两球落点P、Q到对应管口M、N的水平距离x1、x2
C．小球直径d
D．两球从管口弹出到落地的时间t1、t2
（2）根据测量结果，可得弹性势能的表达式为EP=_______________．
（3）由上述测得的物理量来表示，如果满足关系式_______________，那么说明弹射过程中两小球组成的系统动量守恒．
8、为了验证碰撞中动量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，按下述步骤做了如下实验:
(1)用天平测出两个小球的质量(分别为m1和m2，且m1＞m2)．
(2)按照如图所示的那样，安装好实验装置．将斜槽AB固定在桌边，使槽的末端点的切线水平．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位置到斜槽末端点B的距离．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点距离分别为L0、L1、L2
根据该同学的实验，回答下列问题：
(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____________，则说明碰撞中动量是守恒的．
(3)用测得的物理量来表示，只要再满足关系式__________，则说明两小球的碰撞是弹性碰撞．
============参考答案============
一、实验,探究题
1、设小孩b跃出后小船向前行驶的速度为V。根据动量守恒定律，有
(M＋2m)V0=MV＋m?－m???????????????
解得
2、BC???mA·OP=mA·OM+mB·ON???OP+OM=ON????
【详解】
①A、“验证动量守恒定律”的实验中，是通过平抛运动的基本规律求解碰撞前后的速度的，只要离开轨道后做平抛运动，对斜槽是否光滑没有要求，故A错误；
B、要保证每次小球都做平抛运动，则轨道的末端必须水平，故B正确；
C、要保证碰撞前的速度相同，所以入射球每次都要从同一高度由静止滚下，故C正确；
D、为了使小球碰后不被反弹，要求入射小球质量大于被碰小球质量，故D错误；
故选BC．
②小球离开轨道后做平抛运动，由于小球抛出点的高度相同，它们在空中的运动时间t相等，
它们的水平位移x与其初速度成正比，可以用小球的水平位移代替小球的初速度，
若两球相碰前后的动量守恒，则mAv0=mAv1+mBv2，又OP=v0t，OM=v1t，ON=v2t，代入得：mAOP=mAOM+mBON，
若碰撞是弹性碰撞，则机械能守恒，由机械能守恒定律得：mAv02=mAv12+mBv22，
将OP=v0t，OM=v1t，ON=v2t代入得：mAOP2=mAOM2+mBON2；
③小球做平抛运动，在竖直方向上：h=gt2，平抛运动时间：t=，
设轨道末端到木条的水平位置为x，小球做平抛运动的初速度：
vA=，vA′=，vB′=，
如果碰撞过程动量守恒，则：mAvA=mAvA′+mBvB′，
将速度代入动量守恒表达式解得：
3、0.025???相同???
【解析】
碰撞过程动量守恒，设甲速度方向为正方向，碰后乙的速度方向为正方向，则有：m甲v甲-m乙v乙=m甲v甲′+m乙v乙′，代入数据解得：v甲′=0.025m/s，方向与原来方向相同．
4、(1)猜想1、2均不成立.因为A球的速度只减少了3m/s,B球的速度却增加了8m/s,所以猜想1是错的.A球的动能减少了,B球动能增加了,所以猜想2也是错的；
(2)计算：B球动量的增加量ΔpB=0.1×9=0.9kg?m/s，A球动量的减少量ΔpA=0.3×8－0.3×5=0.9kg?m/s，从计算结果可得，B球动量的增加量与A球动量的减少量相等．即系统的总动量保持不变．
5、解析(1)由于水平面光滑，A与B、C组成的系统动量守恒，有：
mv0＝m(v0)＋2mv1
又μmgL＝mv－m(v0)2－×2mv
解得：μ＝
(2)当A滑上C，B与C分离，A、C间发生相互作用。A到达最高点时两者的速度相等，A、C组成的系统水平方向动量守恒，有：
m(v0)＋mv1＝(m＋m)v2
又m(v0)2＋mv＝(2m)v＋mgR
解得：R＝
6、子弹的质量m，
考点：动量守恒定律、机械能守恒定律。
【名师点睛】子弹击中摆锤过程中系统动量守恒，子弹和摆锤共同上摆过程机械能守恒，应用机械能守恒定律与动量守恒定律即可正确解题。
7、（1）B???（2）???（3）m1x1=m2x2???
【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=mv2即可求得弹性势能；故应测量小球的质量m以及通过光电门的速度v，为了测量小球的速度，在做平抛动的水平位移，压缩量以及时间和小球的直径均不需要测量；故B正确，ACD错误．故选B；
（2）由（1）可知，EP=m1v12+m2v22
由h=gt2可得：平抛运动的时间t=；
根据水平方向上的匀速直线运动规律可知：
v1=；v2=
即EP=m1v12+m2v22=
（3）根据动量守恒定律可知，两球碰前动量为零，碰后方向向反，设向左为正，则有：
0=m1v1-m2v2
再根据水平方向x=vt可得：m1x1=m2x2；
8、D???F?????
【分析】
考查验证碰撞中动量守恒。
【详解】
（1）小球m1和小球m2相撞后，小球m2的速度增大，小球m1的速度减小，都做平抛运动，所以碰撞后m1球的落地点是D点，m2球的落地点是F点；（2）碰撞前，小于m1落在图中的E点，设其水平初速度为v1．小球m1和m2发生碰撞后，m1的落点在图中的D点，设其水平初速度为v1′，m2的落点是图中的F点，设其水平初速度为v2．设斜面BC与水平面的倾角为α，由平抛运动规律得：
解得：?同理可解得：，
所以只要满足,即，说明两球碰撞过程中动量守恒；
（3）若为弹性碰撞，则碰撞前后机械能守恒，则需满足关系式：
即。
…………○…………外…………○…………装…………○…………订…………○…………线…………○…………
※※请※※不※※要※※在※※装※※订※※线※※内※※答※※题※※
…………○…………内…………○…………装…………○…………订…………○…………线…………○…………
|
|
