第1章 第4节 实验：验证动量守恒定律 能力（Word版含答案）
文档属性
| 名称 | 第1章 第4节 实验：验证动量守恒定律 能力（Word版含答案） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 286.8KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-01-06 14:40:19 | ||
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文档简介
人教版高中物理选修一 第1章 第4节 实验：验证动量守恒定律 能力
一、实验题（共5小题；共26分）
1. 如图甲所示的装置叫作“阿特伍德机”，是英国数学家和物理学家阿特伍德创制的一种著名力学实验装置，用来研究匀变速直线运动的规律。某同学对该装置加以改进后用来验证机械能量守恒定律和动量守恒定律，如图乙所示。已知当地重力加速度为 。
（1）实验时，该同学用游标卡尺测量挡光片的宽度 ，如图丙所示，则 。然后将质量均为 （ 的含当光片）的重物 ， 用绳连接后，跨放在定滑轮上，处于静止状态，测量出 （选填“ 的上表面”“ 的下表面”或“挡光片中心”）到光电门中心的竖直距离 。
（2）为了验证动量守恒定律，该同学让 在水平桌面上处于静止状态，将 从原静止位置竖直抬高 后由静止释放，直到光电门记录下挡光片挡光的时间为 （重物 未接触桌面），则验证绳绷紧过程中系统沿绳方向动量守恒的表达式 。
2. 某学习小组为了验证碰撞中的动量守恒，设计了如下方案：如图所示，斜面与水平桌面平滑连接，先将质量为 的滑块 从斜面上某位置由静止释放，测量出滑块在水平桌面上滑行的距离为 ；接着将质量为 、相同材料的滑块 放在斜面底端（如图），再将 从斜面上同一位置由静止释放， 与 碰撞后，测量出各自沿桌面滑行的距离分别为 、 。实验中 ，重力加速度为 。
（1）若满足关系式 ，则验证了 、 碰撞前后系统动量守恒。（用题目中给出的物理量表示）
（2）若桌面稍有倾斜，本实验 。（填正确选项前的字母）
A.无法验证 、 碰撞前后系统动量守恒
B.仍可以验证 、 碰撞前后系统动量守恒，只是需要验证的关系式将改变
C.仍可以验证 、 碰撞前后系统动量守恒，并且需要验证的关系式不改变
3. 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 点放置一个光电门，水平平台上 点右侧摩擦很小，可忽略不计，左侧为水平面，当地重力加速度大小为 。采用的实验步骤如下：
A.在小滑块 上固定一个宽度为 的窄挡光片；
B.用天平分别测出小滑块 （含挡光片）和小球 的质量 、 ；
C. 和 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.烧断细线后， 、 瞬间被弹开，向相反方向运动；
E.记录滑块 通过光电门时挡光片的遮光时间 ；
F.小球 从平台边缘飞出后，落在水平地面的 点，用刻度尺测出平台距水平地面的高度 及平台边缘铅垂线与 点之间的水平距离 ；
G.改变弹簧压缩量，进行多次测量。
（1）用螺旋测微器测量挡光片的宽度，如图乙所示，则挡光片的宽度为 。
（2）该实验要验证“动量守恒定律”，则只需验证 、 两物体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）。
4. 某同学设计了如图所示的实验验证动量守恒定律。所用的器材有：
A.量筒（比较长，筒壁上有均匀刻度线）
B.游标卡尺
C.天平
D.两个小球（橡胶材质的上浮小球，硬塑料材质的下沉小球）
E.细线（其质量可以忽略不计）
F.记号笔
实验步骤如下：
①选择合适大小的小球，使通过细线相连的两球体恰好悬浮在水中；
②用天平称量两个小球的质量，上浮小球的质量为 ，下沉小球的质量为 ；
③用记号笔记录两个小球在盛水量筒中悬浮的位置；
④剪断细线；
⑤用记号笔记录某时刻两个小球的位置；
⑥多次实验，分别计算出两个小球在相同时间内上浮和下沉的高度，记录在表格中。
该同学按此方案进行实验后，测得的数据如下表所示，请回答问题：
（1）上浮小球 次上浮的平均高度 ，下沉小球 次下沉的平均高度 为 （结果保留两位小数）。
（2）在实验误差允许的范围内，当所测物理量满足 表达式时，即说明剪断细线后，两小球的动量守恒。
A.
B.
C.
（3）下列关于本实验的一些说法中，你认为正确的是 。
A.两个小球在水中运动的速度要适中，不能过快
B.上浮小球选用密度更小的小球，实验效果更好
C.剪断细线时对球的扰动大，不会引起误差
D.选择合适大小的小球使得通过细线相连的两球可以在水中悬浮后，再把细线剪断，用镊子夹住两截断线使两球在水中静止，松开镊子两球开始运动，这种改进更好
5. 某同学用如图甲所示的装置来验证动量守恒定律，该装置由水平长木板及固定在木板一端的硬币发射器组成，硬币发射器主要包括弹片及弹片释放装置，释放弹片可将硬币以某一速度弹出。已知一元硬币和五角硬币与长木板间的动摩擦因数相同，主要实验步骤如下：
①将一元硬币置于发射槽口，释放弹片将硬币发射出去，硬币沿着长木板中心线运动，在长木板中心线的适当位置取一点 ，测出硬币停止滑动时硬币右侧到 点的距离。再从同一位置释放弹片将一元硬币发射出去，重复多次，取距离的平均值记为 ，如图乙所示。
②将五角硬币放在长木板上，使其左侧位于 点，并使其直径与长木板中心线重合，按步骤①从同一位置释放弹片，重新弹射一元硬币，使两硬币对心正碰，重复多次，分别测出两硬币碰后停止滑行时距 点距离的平均值 和 ，如图丙所示。
（1）为完成该实验，除长木板、硬币发射器、一元及五角硬币、刻度尺外，还需要的器材为 。
（2）实验中还需要测量的物理量为 ，验证动量守恒定律的表达式为 （用测量物理量对应的字母表示）。
答案
第一部分
1. （1） ；挡光片中心
【解析】游标卡尺主尺的读数为 ，游标尺读数为 ，则 ；需测量出挡光片中心到光电门中心的竖直距离 。
（2）
【解析】重物 经过光电门时的速度 ，绳绷紧前，对 由机械守恒定律可得 ，解得 ，则可知 ， 作用前系统的总动量为 ；绳绷紧后 ， 做匀速运动的速度大小相等，为 ，故 ， 作用后的总动量 ，故只要验证 即可证明系统沿绳方向动量守恒。
2. （1）
【解析】设两滑块与水平桌面间的动摩擦因数均为 ，滑块 与滑块 碰撞前的速度为 ，碰撞后的速度为 ，滑块 碰撞后的速度为 ，则有 ，，，需要验证关系式 ，即只需验证关系式 。
（2）
【解析】若桌面稍有倾斜，则 、 碰撞后的加速度变化，但 、 的加速度仍然相等，故仍可以验证 、 碰撞前后系统动量守恒，且需要验证的关系式不变，故选C。
3. （1）
【解析】螺旋测微器的固定刻度读数为 ，可动刻度读数为 ，所以最终读数为 。
（2）
【解析】烧断细线后， 向左运动经过光电门， 经过光电门的速度为 ，故 的动量为 ； 离开平台后做平抛运动，竖直方向有 ，水平方向有 ，解得 ， 的动量 。以向右为正方向，要验证动量守恒定律则只需验 ，整理得 。
4. （1）
【解析】由表格中数据可知
（2） A
【解析】由动量守恒得 ，两边同时乘以时间得 ，得 ，故选A。
（3） AD
【解析】两个小球在水中运动的速度要适中，太快不利于标注小球的位置，故A正确；上浮小球选用密度更小的小球可能使得运动过快，造成实验误差较大，故B错误；若剪断细线时对球的扰动大，小球的运动可能不规则，会引起误差，故C错误；D选项所述操作对小球的运动影响更小，实验误差更小，故D正确。故选A、D。
5. （1） 天平
【解析】动量为质量和速度的乘积，该实验要验证质量不等的两物体碰撞过程中动量是否守恒，需测量两物体的质量和碰撞前后的速度，因此除给定的器材外，还需要的器材为天平。
（2） 一元硬币的质量 、五角硬币的质量 ；
【解析】测出一元硬币的质量为 ，五角硬币的质量为 ，设一元硬币被弹射出去后，其右侧到达 点时速度为 ，由动能定理可得 ，解得 ；当一元硬币以速度 与五角硬币碰撞后，设它们的速度分别为 、 ，由动能定理可得 ，，解得一元硬币碰后速度 ，五角硬币碰后的速度为 ，若碰撞过程中动量守恒，则需满足 ，代入数据可得 。
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一、实验题（共5小题；共26分）
1. 如图甲所示的装置叫作“阿特伍德机”，是英国数学家和物理学家阿特伍德创制的一种著名力学实验装置，用来研究匀变速直线运动的规律。某同学对该装置加以改进后用来验证机械能量守恒定律和动量守恒定律，如图乙所示。已知当地重力加速度为 。
（1）实验时，该同学用游标卡尺测量挡光片的宽度 ，如图丙所示，则 。然后将质量均为 （ 的含当光片）的重物 ， 用绳连接后，跨放在定滑轮上，处于静止状态，测量出 （选填“ 的上表面”“ 的下表面”或“挡光片中心”）到光电门中心的竖直距离 。
（2）为了验证动量守恒定律，该同学让 在水平桌面上处于静止状态，将 从原静止位置竖直抬高 后由静止释放，直到光电门记录下挡光片挡光的时间为 （重物 未接触桌面），则验证绳绷紧过程中系统沿绳方向动量守恒的表达式 。
2. 某学习小组为了验证碰撞中的动量守恒，设计了如下方案：如图所示，斜面与水平桌面平滑连接，先将质量为 的滑块 从斜面上某位置由静止释放，测量出滑块在水平桌面上滑行的距离为 ；接着将质量为 、相同材料的滑块 放在斜面底端（如图），再将 从斜面上同一位置由静止释放， 与 碰撞后，测量出各自沿桌面滑行的距离分别为 、 。实验中 ，重力加速度为 。
（1）若满足关系式 ，则验证了 、 碰撞前后系统动量守恒。（用题目中给出的物理量表示）
（2）若桌面稍有倾斜，本实验 。（填正确选项前的字母）
A.无法验证 、 碰撞前后系统动量守恒
B.仍可以验证 、 碰撞前后系统动量守恒，只是需要验证的关系式将改变
C.仍可以验证 、 碰撞前后系统动量守恒，并且需要验证的关系式不改变
3. 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 点放置一个光电门，水平平台上 点右侧摩擦很小，可忽略不计，左侧为水平面，当地重力加速度大小为 。采用的实验步骤如下：
A.在小滑块 上固定一个宽度为 的窄挡光片；
B.用天平分别测出小滑块 （含挡光片）和小球 的质量 、 ；
C. 和 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.烧断细线后， 、 瞬间被弹开，向相反方向运动；
E.记录滑块 通过光电门时挡光片的遮光时间 ；
F.小球 从平台边缘飞出后，落在水平地面的 点，用刻度尺测出平台距水平地面的高度 及平台边缘铅垂线与 点之间的水平距离 ；
G.改变弹簧压缩量，进行多次测量。
（1）用螺旋测微器测量挡光片的宽度，如图乙所示，则挡光片的宽度为 。
（2）该实验要验证“动量守恒定律”，则只需验证 、 两物体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）。
4. 某同学设计了如图所示的实验验证动量守恒定律。所用的器材有：
A.量筒（比较长，筒壁上有均匀刻度线）
B.游标卡尺
C.天平
D.两个小球（橡胶材质的上浮小球，硬塑料材质的下沉小球）
E.细线（其质量可以忽略不计）
F.记号笔
实验步骤如下：
①选择合适大小的小球，使通过细线相连的两球体恰好悬浮在水中；
②用天平称量两个小球的质量，上浮小球的质量为 ，下沉小球的质量为 ；
③用记号笔记录两个小球在盛水量筒中悬浮的位置；
④剪断细线；
⑤用记号笔记录某时刻两个小球的位置；
⑥多次实验，分别计算出两个小球在相同时间内上浮和下沉的高度，记录在表格中。
该同学按此方案进行实验后，测得的数据如下表所示，请回答问题：
（1）上浮小球 次上浮的平均高度 ，下沉小球 次下沉的平均高度 为 （结果保留两位小数）。
（2）在实验误差允许的范围内，当所测物理量满足 表达式时，即说明剪断细线后，两小球的动量守恒。
A.
B.
C.
（3）下列关于本实验的一些说法中，你认为正确的是 。
A.两个小球在水中运动的速度要适中，不能过快
B.上浮小球选用密度更小的小球，实验效果更好
C.剪断细线时对球的扰动大，不会引起误差
D.选择合适大小的小球使得通过细线相连的两球可以在水中悬浮后，再把细线剪断，用镊子夹住两截断线使两球在水中静止，松开镊子两球开始运动，这种改进更好
5. 某同学用如图甲所示的装置来验证动量守恒定律，该装置由水平长木板及固定在木板一端的硬币发射器组成，硬币发射器主要包括弹片及弹片释放装置，释放弹片可将硬币以某一速度弹出。已知一元硬币和五角硬币与长木板间的动摩擦因数相同，主要实验步骤如下：
①将一元硬币置于发射槽口，释放弹片将硬币发射出去，硬币沿着长木板中心线运动，在长木板中心线的适当位置取一点 ，测出硬币停止滑动时硬币右侧到 点的距离。再从同一位置释放弹片将一元硬币发射出去，重复多次，取距离的平均值记为 ，如图乙所示。
②将五角硬币放在长木板上，使其左侧位于 点，并使其直径与长木板中心线重合，按步骤①从同一位置释放弹片，重新弹射一元硬币，使两硬币对心正碰，重复多次，分别测出两硬币碰后停止滑行时距 点距离的平均值 和 ，如图丙所示。
（1）为完成该实验，除长木板、硬币发射器、一元及五角硬币、刻度尺外，还需要的器材为 。
（2）实验中还需要测量的物理量为 ，验证动量守恒定律的表达式为 （用测量物理量对应的字母表示）。
答案
第一部分
1. （1） ；挡光片中心
【解析】游标卡尺主尺的读数为 ，游标尺读数为 ，则 ；需测量出挡光片中心到光电门中心的竖直距离 。
（2）
【解析】重物 经过光电门时的速度 ，绳绷紧前，对 由机械守恒定律可得 ，解得 ，则可知 ， 作用前系统的总动量为 ；绳绷紧后 ， 做匀速运动的速度大小相等，为 ，故 ， 作用后的总动量 ，故只要验证 即可证明系统沿绳方向动量守恒。
2. （1）
【解析】设两滑块与水平桌面间的动摩擦因数均为 ，滑块 与滑块 碰撞前的速度为 ，碰撞后的速度为 ，滑块 碰撞后的速度为 ，则有 ，，，需要验证关系式 ，即只需验证关系式 。
（2）
【解析】若桌面稍有倾斜，则 、 碰撞后的加速度变化，但 、 的加速度仍然相等，故仍可以验证 、 碰撞前后系统动量守恒，且需要验证的关系式不变，故选C。
3. （1）
【解析】螺旋测微器的固定刻度读数为 ，可动刻度读数为 ，所以最终读数为 。
（2）
【解析】烧断细线后， 向左运动经过光电门， 经过光电门的速度为 ，故 的动量为 ； 离开平台后做平抛运动，竖直方向有 ，水平方向有 ，解得 ， 的动量 。以向右为正方向，要验证动量守恒定律则只需验 ，整理得 。
4. （1）
【解析】由表格中数据可知
（2） A
【解析】由动量守恒得 ，两边同时乘以时间得 ，得 ，故选A。
（3） AD
【解析】两个小球在水中运动的速度要适中，太快不利于标注小球的位置，故A正确；上浮小球选用密度更小的小球可能使得运动过快，造成实验误差较大，故B错误；若剪断细线时对球的扰动大，小球的运动可能不规则，会引起误差，故C错误；D选项所述操作对小球的运动影响更小，实验误差更小，故D正确。故选A、D。
5. （1） 天平
【解析】动量为质量和速度的乘积，该实验要验证质量不等的两物体碰撞过程中动量是否守恒，需测量两物体的质量和碰撞前后的速度，因此除给定的器材外，还需要的器材为天平。
（2） 一元硬币的质量 、五角硬币的质量 ；
【解析】测出一元硬币的质量为 ，五角硬币的质量为 ，设一元硬币被弹射出去后，其右侧到达 点时速度为 ，由动能定理可得 ，解得 ；当一元硬币以速度 与五角硬币碰撞后，设它们的速度分别为 、 ，由动能定理可得 ，，解得一元硬币碰后速度 ，五角硬币碰后的速度为 ，若碰撞过程中动量守恒，则需满足 ，代入数据可得 。
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