1.3科学验证：动量守恒定律基础巩固（Word版含答案）

1.3科学验证：动量守恒定律基础巩固2021—2022学年高中物理鲁科版（2019）选择性必修第一册
一、选择题（共15题）
1．某中学实验小组的同学在“探究碰撞中的不变量”时，利用了如图所示的实验装置进行探究，下列说法正确的是（　　）
A．要求斜槽一定是光滑的且斜槽的末端必须水平
B．入射球每次释放点的高度可以任意调节
C．入射球和被碰球的直径必须相等
D．入射球的质量必须与被碰球的质量相等
2．在气垫导轨上进行探究实验时，首先应该做的是（）
A．给气垫导轨通气
B．给光电计时器进行扫零处理
C．把滑块放到导轨上
D．检查挡光片通过光电门时是否能挡光计时
3．如图为验证动量守恒实验装置图.先让入射球m1多次从斜轨上S位置静止释放，然后把被碰小球m2静止于轨道的水平部分，再将入射小球m1从斜轨上位置静止释放，与小球m2相撞，并多次重复.根据水平地面记录纸上落点痕迹的照片，估算小球m2与m1的质量之比（ ）
A．0.17 B．4.0 C．0.62 D．0.8
4．在验证动量守恒定律的实验中，下列说法中正确的是（　　）
A．斜槽有摩擦对实验结果有较大的影响
B．需要测量斜槽末端到水面地面的高度
C．需要测量a球释放点到斜槽末端的高度差来计算碰撞前的速度
D．a球释放点越高，两球相碰时相互作用的力越大，实验误差越小
5．在用如图所示的装置做“验证动量守恒定律”实验时，入射小球a的质量为m1，被碰小球b的质量为m2，小球的半径为r，各小球的落地点如图所示，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、质量相同的小球
B．让入射球与被碰球连续10次相碰，每次都要使入射小球从斜槽上不同的位置滚下
C．要验证的表达式是
D．要验证的表达式是
6．在做探究碰撞中的不变量实验时，入射球a的质量为m1，被碰球b的质量为m2，小球的半径为r，各小球的落地点如图所示，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，每次都要使入射小球从斜槽上不同的位置滚下
C．要验证的表达式是
D．要验证的表达式是
7．用如图所示的装置来验证动量守恒定律，斜槽轨道固定在水平桌面上，入射小球、被碰小球分别为、，则下列做法正确的是（　　）
A．和可以是半径不同的小球
B．小球每次必须从斜轨同一位置释放
C．选用两球的质量应满足
D．必须用秒表测定小球在空中飞行的时间
8．以下四个实验中都要用到小球或者重锤，实验中必需测定小球或重锤质量的是（　　）
A．验证机械能守恒定律 B．用单摆测定重力加速度
C．验证动量守恒定律 D．研究平抛物体的运动
9．某同学用半径相同的两个小球、来研究碰撞问题，实验装置示意图如图所示，点是小球水平抛出点在水平地面上的垂直投影。实验时，先让入射小球多次从斜轨上的某确定位置由静止释放，从水平轨道的右端水平抛出，经多次重复上述操作，确定出其平均落地点的位置；然后，把被碰小球置于水平轨道的末端，再将入射小球从斜轨上的同一位置由静止释放，使其与小球对心正碰，多次重复实验，确定出、相碰后它们各自的平均落地点的位置、；分别测量平抛射程，和，已知、两小球质量之比为6︰1，在实验误差允许范围内，下列说法正确的是（　　）
A．、两个小球相碰后在空中运动的时间之比为
B．、两个小球相碰后落地时重力的时功率之比为
C．若、两个小球在碰撞前后动量守恒，则一定有
D．若、两个小球在碰撞前后动量守恒，则一定有
10．在做验证动量守恒定律实验时，入射球a的质量为，被碰球b的质量为，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
D．要验证的表达式是
11．某同学用半径相同的两个小球a、b来研究碰撞问题，实验装置示意图如图所示，O点是小球水平抛出点在水平地面上的垂直投影．实验时，先让入射小球a多次从斜轨上的某一确定位置由静止释放，从水平轨道的右端水平抛出，经多次重复上述操作，确定出其平均落地点的位置P；然后，把被碰小球b置于水平轨道的末端，再将入射小球a从斜轨上的同一位置由静止释放，使其与小球b对心正碰，多次重复实验，确定出a、b相碰后它们各自的平均落地点的位置M、N；分别测量平抛射程OM、ON和OP．已知a、b两小球质量之比为6：1，在实验误差允许范围内，下列说法中正确的是（ ）
A．a、b两个小球相碰后在空中运动的时间之比为OM：ON
B．a、b两个小球相碰后落地时重力的瞬时功率之比为6OM：ON
C．若a、b两个小球在碰撞前后动量守恒，则一定有6 ON =6OM +OP
D．若a、b两个小球的碰撞为弹性碰撞，则一定有OP+ OM= ON
12．某学习小组用如图所示的装置来验证碰撞中的动量守恒，实验中先从某一高度处单独释放质量为的小球a，标记下小球a撞击在挡板上的位置M，再在水平轨道上放上质量为的小球b，从同一高度释放小球a，标记两球撞击挡板的位置P、N，关于本实验下列说法正确的是（　　）
A．位置N为小球b撞击挡板的位置
B．两小球从碰撞后至撞击挡板的过程中在空中运动的时间相同
C．小球离开轨道后下落的高度越大则小球的离开轨道时的速度越大
D．该实验中可用来反映小球a的初动量
13．某同学用如图所示装置，通过半径相同的、两球的碰撞来“验证动量守恒定律”，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．入射球每次从轨道的不同位置由静止滚下
D．两球的质量必须相等
14．利用气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”的实验时，不需要测量的物理量是（　　）
A．滑块的质量 B．挡光时间
C．挡光片的宽度 D．滑块移动的距离
15．在“探究碰撞中的不变量”的实验中，有质量相等的甲乙两摆球，摆长相同，乙球静止在最低点，拉起甲球释放后与乙球刚好正碰，碰后甲球静止，乙球摆到与甲球初始位置等高．现换为同质量的两个粘性球，重复以上操作，碰后两球粘合在一起运动，则：
A．两次碰撞的整个过程中机械能不可能守恒
B．第一次两球碰撞瞬间的前后，动量守恒，机械能不守恒
C．第二次两球碰撞瞬间的前后，动量守恒，机械能不守恒
D．第一次碰撞中，从甲球开始下落到乙球上升到最高点过程中动量守恒
二、填空题（共4题）
16．在“碰撞中的动量守恒”实验中，已测得A、B两小球质量mA17．一、实验原理
在一维碰撞中，测出相碰的两物体的质量m1、m2和碰撞前、后物体的速度v1、v2、v1′、v2′，算出碰撞前的动量p=___________及碰撞后的动量p′=___________，看碰撞前、后___________是否相等。
二、实验方案及实验过程
方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验
1.实验器材
气垫导轨、数字计时器、___________、滑块（两个）、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥。
2.实验过程
（1）测质量：用天平测出滑块的质量。
（2）安装：正确安装好气垫导轨，如图所示。
（3）实验：接通电源，利用配套的光电计时装置测出两滑块各种情况下碰撞前后的___________。
（4）改变条件，重复实验：
①改变滑块的___________；
②改变滑块的初速度大小和方向。
（5）验证：一维碰撞中的___________。
3.数据处理
（1）滑块速度的测量：v=，式中Δx为滑块上挡光片的宽度（仪器说明书上给出，也可直接测量），Δt为数字计时器显示的滑块（挡光片）经过光电门的时间。
（2）验证的表达式：___________。
方案二：利用斜槽滚球完成一维碰撞实验
1.实验器材
斜槽、小球（两个）、___________、复写纸、白纸、___________、铅垂线等。
2.实验过程
（1）测质量：用天平测出两小球的质量，并选定质量___________的小球为入射小球。
（2）安装：按照如图甲所示安装实验装置。调整固定斜槽使斜槽底端___________。
（3）铺纸：白纸在___________，复写纸在___________且在适当位置铺放好。记下铅垂线所指的位置O。
（4）放球找点：不放被撞小球，每次让入射小球从斜槽上某___________高度处自由滚下，重复10次。用圆规画___________的圆把所有的小球落点圈在里面。圆心P就是小球落点的平均位置。
（5）碰撞找点：把被撞小球放在斜槽末端，每次让入射小球从斜槽同一高度（同步骤4中的高度）自由滚下，使它们发生碰撞，重复实验10次。用步骤4的方法，标出碰后入射小球落点的平均位置M和被撞小球落点的平均位置N，如图乙所示 。
（6）验证：连接ON，测量线段OP、OM、ON的长度。将测量数据填入表中，最后代入___________，看在误差允许的范围内是否成立。
（7）整理：将实验器材放回原处。
3.数据处理
验证的表达式：m1·OP=m1·OM＋m2·ON。
三、注意事项
1.前提条件：碰撞的两物体应保证“___________”和“正碰”。
2.方案提醒
（1）若利用气垫导轨进行验证，调整气垫导轨时，应确保导轨___________。
（2）若利用平抛运动规律进行验证：
①斜槽末端的切线必须___________；
②入射小球每次都必须从斜槽___________高度由___________释放；
③选质量___________的小球作为入射小球；
④实验过程中实验桌、斜槽、记录的白纸的位置要始终保持不变。
18．在用气垫导轨装置做“探究碰撞中的不变量”实验时，若要探究两滑块做反冲运动时的物理规律，应选用___________（填“甲”、“乙”或“丙”）结构的滑块。
19．某同学用如图甲所示的装置验证碰撞中动量守恒。一根长为L的轻质不可伸缩细线一端拴住质量为mA的小钢球A，细线的另一端固定在悬点O，在最低点的前后放置一光电门，光电门前的水平面上放一质量为mB的金属物块B，物块的上表面中央固定一轻质的遮光片。现将小球向右拉至细线水平后静止释放，小球在最低点与物块碰撞后反弹上升，测出小球反弹上升时细线的最大偏角为θ，光电门记录的挡光时间为t，已知重力加速度为g。则
（1）用20分度的游标卡尺测遮光片的宽度如图乙所示，则遮光片的宽度d=___________mm；
（2）小球与物块的质量大小关系为mA___________ mB（选填“>”“=”或“<”）；
（3）验证小球与物块在碰撞过程中动量守恒的表达式为___________。（用字母mA、mB、L、d、θ、t、g表示）
三、综合题（共4题）
20．有研究者用下列方式验证动量守恒定律。如图（a）所示，在气垫导轨上有A、B两个滑块，滑块A和B相对的侧面皆有弹簧片，滑块A左侧与连接打点计时器的纸带相连，滑块B上端固定有遮光片，光电计时器可记录遮光片通过光电门的时间。实验测得滑块A的质量m1=0.310kg，滑块B的质量m2=0.108kg，遮光片的宽度d=1.00cm；打点计时器所用交流电源的频率f=50Hz。将光电门固定在滑块B的右侧，启动打点计时器，给滑块A一向右的初速度，使它与滑块B相碰；碰撞后光电计时器显示的时间△tB=3.500ms，碰撞前后打出的纸带如图（b）所示。
若实验允许的相对误差绝对值（）最大为5%，本实验是否在误差范围内验证了动量守恒定律？请写出运算过程。
21．如图所示，在空间和空间内分别存在竖直向上和向下的匀强磁场，磁感应强度大小均为，在竖直方向上足够长，两磁场空间宽度均为。一边长为，总电阻为，质量的正方形线框从左边界面处水平飞入磁场，进入磁场时，已知当线框下落时刻边刚好离开边界面，且此时速度方向与水平方向的夹角为，试求：
(1)边出磁场前瞬间线框所受的安培力；
(2)边出磁场后瞬间两点间的电势差和从离开边界面到离开边界面过程中边产生的焦耳热；
(3)线圈刚进入边界面时的初速度。
22．如图所示，三个可视为质点的滑块质量分别为mA=m，mB=2m，mC=3m，放在光滑水平面上，三滑块均在同一直线上．一轻质弹簧的一端固定在滑块B上，另一端与滑块C接触但未连接，B、C均静止。现滑块A以速度v0=与滑块B发生碰撞（碰撞时间极短）后粘在一起，并压缩弹簧推动滑块C向前运动，经一段时间，滑块C脱离弹簧，继续在水平面上匀速运动。求：被压缩弹簧的最大弹性势能。
23．如图所示，在水平桌面上有A、B两辆静止的小车，质量分别是和。两车用细线拴在一起，中间有一被压缩的弹簧。剪断细线后，两车被弹开，小车A以的速度向左运动，那么小车B的速度多大？方向如何？请你将此题改成一个验证动量守恒定律的实验，并把实验方案写出来，与同学交流。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．C
2．A
3．A
4．D
5．D
6．D
7．B
8．C
9．C
10．C
11．D
12．D
13．B
14．D
15．C
16． A 1：3
17． m1v1＋m2v2 m1v1′＋m2v2′ 动量 天平 速度 质量 动量守恒 m1v1＋m2v2=m1v1′＋m2v2′ 天平 圆规 大 水平 下 上 固定 尽量小 m1·OP=m1·OM＋m2·ON 水平 水平 水平 同一 静止 较大
18．甲
19． 4.35 <
20．是，
碰撞前A滑块的速度大小为
碰撞后B滑块的速度大小为
碰撞后A滑块的速度大小为
碰撞前A滑块的动量
碰撞后A滑块的动量
碰撞后B滑块的动量
实验允许的相对误差绝对值
本实验是在误差范围内验证了动量守恒定律
21．(1)6N；(2)3V，；(3)
22．
23．小车B的速度大小为2m/s，方向向右；
剪断细线后两车弹开过程系统动量守恒，取向左为正方向，根据动量守恒定律得
代入数据解得
负号表示B的速度方向向右；
实验方案：在水平桌面上有A、B两辆静止的小车，两车用细线拴在一起，中间有一被压缩的弹簧。剪断细线后，两车被弹开，测出两车的质量、，测出桌面到地面的高度h，测出两小车离开桌面后落地点到桌面的水平距离、，小车离开桌面后做平抛运动，竖直方向
水平方向
剪断细线两小车弹开过程系统动量守恒，以向左为正方向，由动量守恒定律得
整理得
如果满足
即可验证弹开小车过程系统动量守恒。
答案第1页，共2页