2021-2022年高二物理选择性必修第一册同步课时作业训练
1.4 验证动量守恒定律
一、单选题。本大题共10小题,每小题只有一个选项符合题意。
1.在做验证动量守恒定律的整个实验过程中,入射小球多次滚下都应从斜槽上的同一位置无初速释放,这是为了( )
A.保证小球每次都水平飞出槽
B.保证小球每次到达槽口时的速度相同
C.保证小球在空中飞行时间不变
D.保证小球每次都沿同一方向运动
2.用气垫导轨进行实验时,经常需要使导轨保持水平,检验气垫导轨是否水平的方法之一是,轻推一下滑块,使其先后滑过光电门1和光电门2,如图所示,其上的遮光条将光遮住,电子计时器可自动记录滑块先后经过光电门1、2时的遮光时间△t1和△t2,比较△t1和△t2即可判断导轨是否水平,为使这种检验更精准,正确的措施是
A.换用质量更大的滑块
B.换用宽度△x更小的遮光条
C.提高测量遮光条宽度△x的精确度
D.尽可能增大光电门1、2之间的距离L
3.关于“探究碰撞中的不变量”实验,下列说法不正确的是( )
A.实验要求碰撞一般为一维碰撞
B.实验中的不变量是系统中物体各自的质量与速度的乘积之和
C.只需找到一种情境的不变量即可,结论对其他情境也同样适用
D.进行有限次实验找到的不变量,具有偶然性,结论还需要实践检验
4.在用气垫导轨探究碰撞中的不变量时,不需要测量的物理量是( )
A.滑块的质量 B.挡光的时间
C.挡光片的宽度 D.光电门的高度
5.在用两个小球的碰撞来验证碰撞中的不变量时,不是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,不是理想的点,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
6.如图所示,M、N和P为“验证动量守恒定律”实验中小球的落点。已知入射球质量为m1,被碰球质量为m2,如果碰撞中动量守恒,则有( )
A.m1·(false-false)=m2·false
B.m1·(false-false)=m2·false
C.m1·(false+false)=m2·false
D.m1·false=m2·(false+false)
7.在做验证动量守恒定律实验时,入射球a的质量为false,被碰球b的质量为false,小球的半径为r,各小球的落点如图所示,下列关于这个实验的说法正确的是( )
A.入射球与被碰球最好采用大小相同、质量相等的小球
B.让入射球与被碰球连续10次相碰,每次都要使入射球从斜槽上不同的位置滚下
C.要验证的表达式是false
D.要验证的表达式是false
8.在探究碰撞中的不变量时,采用如图所示的实验装置,仪器按要求安装好后开始实验,第一次不放被碰小球,第二次把被碰小球直接静止放在斜槽末端的水平部分,在白纸上记录重锤位置和各小球落点的平均位置依次为O、A、B、C,则下列说法中正确的是( )
A.第一、二次入射小球的落点依次是A、B
B.第一、二次入射小球的落点依次是C、B
C.第二次入射小球和被碰小球将同时落地
D.第二次入射小球和被碰小球不会同时落地
二、多选题。本大题共3小题,每小题有一个选项或多个选项符合题意。
9.用如图所示的实验装置验证动量守恒定律,a、b球的半径均为r,a球的质量为false,b球的质量为false,则下列说法正确的是( )
A.小球滚落的斜槽必须光滑
B.a球的质量false,应大于b球的质量false
C.要验证的表达式是false
D.要验证的表达式是false
10.下列关于“探究碰撞中的不变量”实验叙述中正确的是( )
A.实验中探究不变量的对象是相互碰撞的两个物体组成的系统
B.实验对象在碰撞过程中存在内部相互作用的力,但外界对实验对象的合力为零
C.物体的碰撞过程,就是机械能的传递过程,可见,碰撞过程中的不变量就是机械能
D.利用气垫导轨探究碰撞中的不变量,导轨必须保持水平状态
E.两个物体碰撞前要沿同一直线,碰撞后可不沿同一直线运动
三、实验题。本大题共4小题。
11.在探究碰撞中的不变量实验中,利用如图所示的气垫导轨通过闪光照相进行这一实验。
某次实验时碰撞前B滑块静止,A滑块匀速向B滑块运动并发生碰撞,利用闪光照相的方法连续4次拍摄得到的闪光照片如图所示。
已知相邻两次闪光的时间间隔为T,在这4次闪光的过程中,A、B两滑块均在0~80cm范围内,且第1次闪光时,滑块A恰好位于x=10cm处。若A、B两滑块的碰撞时间及闪光持续的时间极短,均可忽略不计,则可知碰撞发生在第1次闪光后的___________时刻,如果碰撞前后质量与速度乘积之和保持不变,则A、B两滑块质量之比mA∶mB=___________。
12.某物理兴趣小组利用如图甲所示的装置进行验证动量守恒定律的实验。在足够大的水平平台上的false点放置一个光电门,水平平台上false点右侧摩擦很小,可忽略不计,左侧为粗糙水平面,当地重力加速度大小为false。采用的实验步骤如下:
A.在小滑块a上固定一个宽度为false的窄挡光片;
B.用天平分别测出小滑块a(含挡光片)和小球false的质量false、false;
C.在a和false间用细线连接,中间夹一被压缩了的轻短弹簧,静止放置在平台上;
D.细线烧断后,a、false瞬间被弹开,向相反方向运动;
E.记录滑块a通过光电门时挡光片的遮光时间false;
F.小球false从平台边缘飞出后,落在水平地面的false点,用刻度尺测出平台距水平地面的高度false及平台边缘铅垂线与false点之间的水平距离false;
G.改变弹簧压缩量,进行多次测量。
(1)用螺旋测微器测量遮光条的宽度,如图乙所示,则遮光条的宽度为______mm。
(2)该实验要验证“动量守恒定律”,则只需验证两物体a、false弹开后的动量大小相等,即______=______。(用上述实验所涉及物理量的字母表示)
13.某同学利用打点计时器和气垫导轨做验证动量守恒定律的实验。气垫导轨装置如图(a)所示,所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成。
(1)下面是实验的主要步骤:
①安装好气垫导轨,调节气垫导轨的调节旋钮,使导轨水平;
②向气垫导轨通入压缩空气;
③把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧,将纸带穿过打点计时器与弹射架并固定在滑块1的左端,滑块拖着纸带移动时,纸带始终在水平方向;
④使滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳;把滑块2放在气垫导轨的中间;
⑤先________,再放开________,让其带动纸带一起运动;在中间与滑块2相撞并粘在一起运动;
⑥取下纸带,重复步骤④⑤,选出理想的纸带如图(b)所示;
⑦测得滑块1的质量310 g,滑块2(包括橡皮泥)的质量205g.
(2)已知打点计时器每隔0.02s打一个点,计算可知两滑块相互作用以前系统的总动量为________ kg·m/s;两滑块相互作用以后系统的总动量为________ kg·m/s(保留三位有效数字).
(3)试说明(2)中两结果不完全相等的主要原因是________
14.某同学利用气垫导轨做“验证动量守恒定律”的实验,气垫导轨装置如图所示,所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架、光电门等组成.
(1)下面是实验的主要步骤:
①安装好气垫导轨,调节气垫导轨的调节旋钮,使导轨水平;
②向气垫导轨通入压缩空气;
③接通数字计时器;
④把滑块2静止放在气垫导轨的中间;
⑤滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳;
⑥释放滑块1,滑块1通过光电门1后与左侧带有固定弹簧(未画出)的滑块2碰撞,碰后滑块2和滑块1依次通过光电门2,两滑块通过光电门2后依次被制动;
⑦读出滑块通过光电门的挡光时间分别为:滑块1通过光电门1的挡光时间Δt1=10.01ms,通过光电门2的挡光时间Δt2=49.99ms,滑块2通过光电门2的挡光时间Δt3=8.35ms;
⑧测出挡光板的宽度d=5mm,测得滑块1的质量为m1=300g,滑块2(包括弹簧)的质量为m2=200g.
(2)数据处理与实验结论:
①实验中气垫导轨的作用是:
A.__________________________;
B._________________________;
②碰撞前滑块1的速度v1为__________m/s;碰撞后滑块1的速度v2为__________m/s;碰撞后滑块2的速度v3为__________m/s;(结果均保留两位有效数字);
③碰撞前系统的总动量为m1v1=________;碰撞后系统的总动量为m1v2+m2v3=________;由此可得实验结论:____________。
参考答案
1.B
【解析】入射小球每次滚下都从斜槽上的同一位置无初速释放,是为了使小球每次到达槽口时的速度相同。
故选B。
2.D
【解析】本题中如果导轨水平,则滑块应做匀速运动,因此要想更精准确的进行检验可以增大光电门1、2之间的距离,从而明确更准确的判断速度是否发生变化;而换用质量更大的滑块、宽度更小的遮光条以及提高测量遮光条宽度△x的精确度对速度变化均没有影响;故D正确,ABC错误;故选D.
3.C
【解析】A.这个实验是在一维碰撞情况下设计的,其他非一维碰撞情况未做探究,选项A正确;
B.系统中物体各自的质量与速度的乘积之和在碰撞前后为不变量,选项B正确;
C.不变量应是在各种情境下都不变的量,具有普遍性,在一种情境下满足的不变量,对其他情境不一定适用,C错误;
D.进行有限次实验找到的不变量,具有偶然性,结论还需要在其他情境下进行检验,D正确.
故选C.
4.D
【解析】要验证动量守恒即要验证碰撞之前的总动量和碰撞之后的总动量,即mv的总量不变,因此质量需要测量,由通过光电门的速度false可知需要测量挡光的时间和当光片的宽度,因此D错误,ABC正确
5.B
【解析】碰撞前后小球的速度方向不是绝对沿水平方向、落点的确定、长度的测量等都是造成误差的主要原因;而在本实验中,由于小球运动的速度不是很大,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,ACD错误,B正确。
故选B。
6.B
【解析】不放被碰小球时,落点为P,则水平位移为OP;放上被碰小球后小球a、b的落地点依次是图中水平面上的M点和N点,则水平位移为OM和O′N;碰撞过程中,如果水平方向动量守恒,由动量守恒定律得
false
小球做平抛运动时抛出点的高度相等,它们在空中的运动时间t相等,两边同时乘以时间t
false
得
false
变形可得
false
故选B。
7.C
【解析】A.在此装置中,应使入射球的质量大于被碰球的质量,防止入射球反弹或静止,故A错误;
B.入射球每次都必须从斜槽上的同一位置由静止滚下,以保证每次碰撞都具有相同的初动量,故B错误;
CD.两球做平抛运动时都具有相同的起点,结合平抛运动的规律可知,小球运动的时间都相同,因此小球false的速度可表达为
false
同理可得小球false碰撞后的速度false,小球m2的速度false,验证动量守恒,需要验证
false
应验证的关系式为false,C正确,D错。
故选C。
8.D
【解析】AB.最远的C点一定是被碰小球的落点,碰后入射小球的速度将减小,故AB错误;
CD.由于被碰小球是放在斜槽末端的,因此被碰小球飞出后入射小球才可能从斜槽末端飞出,两小球不可能同时落地,故C错误,D正确。
故选D。
9.BC
【解析】A.本题是利用平抛运动的基本规律求解两球碰撞前后的速度的,因此只要两球离开斜槽末端后做平抛运动即可,对斜槽是否光滑没有要求,选项A错误;
B.为防止两球碰撞后入射小球反弹,入射小球的质量应大于被碰小球的质量,即a球的质量false,应大于b球的质量false,选项B正确;
CD.若两球碰撞过程系统动量守恒,以向右为正方向,则由动量守恒定律得
false
小球离开斜槽末端后做平抛运动,它们的下落高度相等,在空中的运动时间t相等,上式两边同时乘以t得
false
即要验证的表达式是
falsefalse
选项C正确,D错误。
故选BC。
10.ABD
【解析】AB.实验的形式可以改变,但是“探究碰撞中的不变量”实验研究的始终是两个相互碰撞的物体组成的整体系统。在此过程中,摩擦力为0,整体外力合力为0,AB正确;
C.“探究碰撞中的不变量”实验为验证动量守恒定律,所以碰撞中守恒的是动量,不是机械能,C错误;
D.利用气垫导轨探究碰撞中的不变量,为准确测量,导轨必须保持水平状态,D正确;
E.保证两物体发生的是一维碰撞,两物体碰撞前后要沿同一直线运动,E错误。
故选ABD。
11.2.5T 2∶3
【解析】[1] 由图可知,前两次闪光中A的位移相同,AB不可能相碰;而由题意可知,B开始时静止,而碰后B一定向右运动,故只能静止在60cm处,故可知,A在第1次闪光后的2.5T时发生碰撞。
[2]设碰前物块A的速度大小为v,则碰后物块A的速度大小为false,由题图可知碰后B的速度大小为v,假设取向右的方向为正,根据动量守恒定律得
false
则整理可得
false
12.2.550 false false
【解析】(1)[1] 遮光条的宽度
false
(2)[2][3]动量守恒
false
而
false
小球b做平抛运动
false
false
整理得
false
因此动量守恒的关系式为
false
13.接通打点计时器的电源 放开滑块 0.620 0.618 纸带与打点计时器限位孔有摩擦
【解析】(1)[1][2]根据打点计时器的使用可知,接通打点计时器的电源,后放开滑块;
(2)[3]放开滑块1后,滑块1做匀速运动,跟滑块2发生碰撞后跟2一起做匀速运动,根据纸带的数据得,碰撞前滑块1的动量为
false
滑块2的动量为零,所以碰撞前的总动量为0.620kg?m/s;
[3]碰撞后滑块1、2速度相等,所以碰撞后总动量为
false
(3)[4]结果不完全相等是因为纸带与打点计时器限位孔有摩擦力的作用。
14.大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差 保证两个滑块的碰撞是一维的 0.50 0.10 0.60 0.15kg·m/s 0.15kg·m/s 在实验误差允许的范围内,两滑块相互作用的过程,系统的动量守恒
【解析】(1)[1]大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差
[2]保证两个滑块的碰撞是一维的
(2)[3]滑块1碰撞之前的速度
false
[4]滑块1碰撞之后的速度
false
[5]滑块2碰撞之后的速度
false
(3)[6]系统碰撞之前
false
[7]系统碰撞之后
false
[8]通过实验结果,可得结论:在实验误差允许的范围内,两滑块相互作用的过程,系统的动量守恒