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(word版含答案)
文档属性
| 名称 | 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(word版含答案) |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 189.6KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-05-09 21:52:18 | ||
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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
一、单项选择题（共3小题；）
1. 整个实验过程中，入射小球每次滚下都应从斜槽上的同一位置无初速释放，这是为了
A. 保证小球每次都水乎地飞出槽口
B. 保证小球每次都以相同的速度飞出槽口
C. 保证小球在空中飞行的时间不变
D. 保证小球每次都沿同一方向运动
2. 在气垫导轨上进行实验时，首先应该做的是
A. 给气垫导轨通气
B. 给光电计时器进行归零处理
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. 采用下图所示的实验装置进行验证动量守恒定律（图中小球半径相同、质量均已知，且 ），下列说法正确的是
A. 实验中要求轨道末端必须保持水平
B. 实验中要求轨道必须光滑
C. 验证动量守恒定律，需测量 、 、 和 的距离
D. 测量时发现 点偏离 这条直线，直接测量 距离不影响实验结果
二、实验题（共6小题；）
4. 探究碰撞中的动量守恒的实验，采用如图所示的装置。
（1）组装装置时要注意斜槽末端要 。
（2）若入射球质量为 ，被碰球质量为 ，则 ，（大于或小于）。
（3）实验结果若基本满足： ，则证明碰撞中动量守恒。
5. 用如图所示的装置来验证动量守恒定律。滑块在气垫导轨上运动时阻力不计，其上方挡光条到达光电门 （或 ），计时器开始计时；挡光条到达光电门 （或 ），计时器停止计时。实验的主要步骤如下：
a.用天平分别测出滑块 、 的质量 、 ；
b.给气垫导轨通气并调整使其水平；
c.调节光电门，使其位置合适，测出光电门 、 间的水平距离 ；
d. 、 之间紧压一轻弹簧（与 、 不粘连），并用细线拴住，如图静置于气垫导轨上；
e.烧断细线， 、 各自运动，弹簧恢复原长前 、 均未到达光电门，从计时器上分别读取 、 在两光电门之间运动的时间 、 。
（1）实验中还应测量的物理量 是 （用文字表达）。
（2）利用上述测量的数据，验证动量守恒定律的表达式是 （用题中所给的字母表示）。
（3）利用上述数据还能测出烧断细线前弹簧的弹性势能 （用题中所给的字母表示）。
6. 某同学设计了一个用电磁打点计时器验证动量守恒定律的实验：在小车 的前端粘有橡皮泥，推动小车 使之做匀速直线运动，然后与原来静止在前方的小车 相碰并粘合成一体，继续做匀速直线运动。他设计的装置如图甲所示，在小车 后连着纸带，电磁打点计时器所用电源频率为 ，长木板下垫着薄木片以平衡摩擦力。
（1）若打出的一条纸带如图乙所示，并测得各计数点间距（已标在图上）。 为运动的起点，则应选 段来计算 碰前的速度。（选填“”“”“”或“”）
（2）已测得小车 的质量 ，小车 的质量为 ，则碰前两小车的总动量为 ，碰后两小车的总动量为 。（结果保留两位小数）
7. 气垫导轨是常用的一种实验仪器，它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫，使滑块悬浮在导轨上，滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦，我们可以用带竖直挡板 和 的气垫导轨和滑块 和 验证动量守恒定律，实验装置如图所示，采用的实验步骤如下：
．松开手的同时，记录滑块 、 运动时间的计时器开始工作，当 、 滑块分别碰到 、 挡板时计时器结束计时，分别记下 、 到达 、 的运动时间 和 。
．在 、 间水平放入一个轻弹簧，用手压住 、 使弹簧压缩，放置在气垫导轨上，并让它静止在某个位置。
．给导轨送气，调整气垫导轨，使导轨处于水平。
．用刻度尺测出 左端至 板的距离 ， 的右端至 板的距离 。
（1）实验步骤的正确顺序是 。
（2）实验中还需要的测量仪器是 。还需要测量的物理量是 ．
（3）利用上述测量的实验数据，验证动量守恒定律的表达式是 。
（4）实验中弹簧与 、 滑块之一是粘连好还是不粘连好 好。
8. 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，由导轨、滑块、弹射架、光电门等组成。
下面是实验的主要步骤：
a.安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；
b.向气垫导轨通入压缩空气；
c.接通光电计时器（光电门）；
d.把滑块 静止放在气垫导轨的中间；
e.滑块 挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；
f.释放滑块 ，滑块 通过光电门 后与左侧固定弹簧的滑块 碰撞，碰后滑块 和滑块 依次通过光电门 ，两滑块通过光电门后依次被制动；
g.读出滑块通过光电门的挡光时间，滑块 通过光电门 的挡光时间 ，通过光电门 的挡光时间 ，滑块 通过光电门 的挡光时间 ；
h.测出挡光片的宽度 ，测得滑块 （包括挡光片）的质量为 ，滑块 （包括弹簧和挡光片）质量为 。
（1）实验中气垫导轨的作用是：A. ；B. 。
（2）碰撞前滑块 的速度 为 ；碰撞后物块系统的总动量 （结果保留两位有效数字）。
9. 如图，用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。
（1）若入射小球质量为 ，半径为 ；被碰小球质量为 ，半径为 ，则
A．，
B．，
C．，
D．，
（2）为完成此实验，需要使用的测量工具除了刻度尺外还必需的是
（3）安装轨道时，轨道末端必须
（4）设入射小球的质量为 ，被碰小球的质量为 ， 为碰前入射小球落点的平均位置，则关系式（用 、 及图中字母表示） 成立，即表示碰撞中动量守恒。
答案
1. B
2. A
3. A
【解析】A、要想用水平的距离表示小球平抛出时的速度的大小，则必须要求小球做平垫运动，故实验中要求轨道末端必须保持水平，故A正确；
B、每次实验时只要保证每次小球从斜轨道上滑下到水平位置时的速度一样就可以了，所以不必要求轨道必须光滑，故B错误；
C、小球离开轨道做平抛运动下落的高度相等，小球做平抛运动的时间相等，小球的水平位移与时间成正比，可以用水平位移代替做平抛运动的初速度，实验不需要测量 间的距离，只测量 、 和 的距离即可，故C错误；
D、测量时发现 点偏离 这条直线，则应该过 点向 这条直线做垂线，测量垂足 到 点的距离才可以，故D错误。
故选：A。
4. （1） 切线水平
【解析】为了保证小球飞出后做平抛运动，则必须保证斜槽末端水平；
（2） 大于
【解析】为了保证小球 与小球 碰撞后不反弹，则 ；
（3）
【解析】由于三次落地的时间相同，故速度可以用水平位移替代，从图中可以看出需要考虑小球的半径，故必须满足的表达式为 。
5. （1） 光电门 、 间的水平距离
【解析】由于 、 原来静止，总动量为零，验证动量守恒定律的表达式为 ，所以还需要测量的物理量是光电门 、 间的水平距离。
（2）
【解析】由于 、 原来静止，总动量为零，验证动量守恒定律的表达式为 。
（3）
【解析】弹簧恢复原长时， 滑块的速度为 ， 滑块的速度为 ，根据能量守恒定律得 。
6. （1）
【解析】分析纸带上打点的情况可知， 段小车的运动情况还不稳定，而在 段小车运动稳定，故应选用 段计算 碰前的速度。
（2） ；
【解析】小车 在碰撞前速度 ，小车 在碰撞前动量 ，碰撞后 、 的共同速度 ，碰撞后 、 的总动量 。
7. （1）
【解析】采用的实验步骤为：给导轨送气，调整气垫导轨，使导轨处于水平；在 、 间水平放入一个轻弹簧，用手压住 、 使弹簧压缩，放置在气垫导轨上，并让它静止在某个位置；用刻度尺测出 的左端至 板的距离 ， 的右端至 板的距离 ；松开手的同时，记录滑块 、 运动时间的计时器开始工作，当 、 滑块分别碰到 、 挡板时计时器结束计时，分别记下 、 到达 、 的运动时间 和 ；所以实验操作的顺序是 ；
（2） 天平； 、 两滑块的质量 、
【解析】滑块在气垫导轨上做匀速直线运动，根据 、 运行的距离和时间可以求出分开时的速度，根据动量守恒定律得 ，又 ，，则 ，知还需要测量 、 的质量 、 ，所需的器材是天平；
（3）
【解析】利用测量的实验数据，验证动量守恒定律的表达式是 ；
（4） 粘连
【解析】只与 、 中的某一个粘连好，这样把弹簧的质量考虑进去，会减小系统误差；不粘连好，否则 、 可能碰不到 、 ；使计时误差大。
8. （1） 大大减小滑块和导轨之间的摩擦力，从而减小实验误差；保证两个滑块碰撞前后的速度都在同一条直线上
【解析】实验中气垫导轨的作用有两个，一是大大减小滑块和导轨之间的摩擦力，从而减小实验误差，二是保证两个滑块碰撞前后的速度都在同一条直线上。
（2） ；
【解析】碰撞前滑块 的速度
碰撞后滑块 的速度
滑块 的速度
。
9. （1） C
【解析】验证动量守恒定律实验中，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系，为保证碰撞在水平方向上，两个小球的球心的高度要相等，即两个小球的半径要相等；同时，为保证入碰小球不反弹，需要入碰小球的质量大于被碰小球的质量，即 。
（2） 天平
【解析】实验时，先让入射球 多次从斜轨上 位置静止释放，找到其平均落地点的位置 ，测量平抛射程 。然后，把被碰小球 静置于轨道的水平部分，再将入射球 从斜轨上 位置静止释放，与小球 相碰，并多次重复。测量平均落点的位置，找到平抛运动的水平位移设落地时间为 ，则 ，，
而动量守恒的表达式是
若两球相碰前后的动量守恒，则 成立。
因此为完成此实验，需要使用的测量工具除了刻度尺外还必需天平。
（3） 水平
【解析】为保证碰撞在水平方向上，且两个小球水平抛出，所以安装轨道时，轨道末端必须水平。
（4）
【解析】根据（）的分析可知，若两球相碰前后的动量守恒，则 成立。
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一、单项选择题（共3小题；）
1. 整个实验过程中，入射小球每次滚下都应从斜槽上的同一位置无初速释放，这是为了
A. 保证小球每次都水乎地飞出槽口
B. 保证小球每次都以相同的速度飞出槽口
C. 保证小球在空中飞行的时间不变
D. 保证小球每次都沿同一方向运动
2. 在气垫导轨上进行实验时，首先应该做的是
A. 给气垫导轨通气
B. 给光电计时器进行归零处理
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. 采用下图所示的实验装置进行验证动量守恒定律（图中小球半径相同、质量均已知，且 ），下列说法正确的是
A. 实验中要求轨道末端必须保持水平
B. 实验中要求轨道必须光滑
C. 验证动量守恒定律，需测量 、 、 和 的距离
D. 测量时发现 点偏离 这条直线，直接测量 距离不影响实验结果
二、实验题（共6小题；）
4. 探究碰撞中的动量守恒的实验，采用如图所示的装置。
（1）组装装置时要注意斜槽末端要 。
（2）若入射球质量为 ，被碰球质量为 ，则 ，（大于或小于）。
（3）实验结果若基本满足： ，则证明碰撞中动量守恒。
5. 用如图所示的装置来验证动量守恒定律。滑块在气垫导轨上运动时阻力不计，其上方挡光条到达光电门 （或 ），计时器开始计时；挡光条到达光电门 （或 ），计时器停止计时。实验的主要步骤如下：
a.用天平分别测出滑块 、 的质量 、 ；
b.给气垫导轨通气并调整使其水平；
c.调节光电门，使其位置合适，测出光电门 、 间的水平距离 ；
d. 、 之间紧压一轻弹簧（与 、 不粘连），并用细线拴住，如图静置于气垫导轨上；
e.烧断细线， 、 各自运动，弹簧恢复原长前 、 均未到达光电门，从计时器上分别读取 、 在两光电门之间运动的时间 、 。
（1）实验中还应测量的物理量 是 （用文字表达）。
（2）利用上述测量的数据，验证动量守恒定律的表达式是 （用题中所给的字母表示）。
（3）利用上述数据还能测出烧断细线前弹簧的弹性势能 （用题中所给的字母表示）。
6. 某同学设计了一个用电磁打点计时器验证动量守恒定律的实验：在小车 的前端粘有橡皮泥，推动小车 使之做匀速直线运动，然后与原来静止在前方的小车 相碰并粘合成一体，继续做匀速直线运动。他设计的装置如图甲所示，在小车 后连着纸带，电磁打点计时器所用电源频率为 ，长木板下垫着薄木片以平衡摩擦力。
（1）若打出的一条纸带如图乙所示，并测得各计数点间距（已标在图上）。 为运动的起点，则应选 段来计算 碰前的速度。（选填“”“”“”或“”）
（2）已测得小车 的质量 ，小车 的质量为 ，则碰前两小车的总动量为 ，碰后两小车的总动量为 。（结果保留两位小数）
7. 气垫导轨是常用的一种实验仪器，它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫，使滑块悬浮在导轨上，滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦，我们可以用带竖直挡板 和 的气垫导轨和滑块 和 验证动量守恒定律，实验装置如图所示，采用的实验步骤如下：
．松开手的同时，记录滑块 、 运动时间的计时器开始工作，当 、 滑块分别碰到 、 挡板时计时器结束计时，分别记下 、 到达 、 的运动时间 和 。
．在 、 间水平放入一个轻弹簧，用手压住 、 使弹簧压缩，放置在气垫导轨上，并让它静止在某个位置。
．给导轨送气，调整气垫导轨，使导轨处于水平。
．用刻度尺测出 左端至 板的距离 ， 的右端至 板的距离 。
（1）实验步骤的正确顺序是 。
（2）实验中还需要的测量仪器是 。还需要测量的物理量是 ．
（3）利用上述测量的实验数据，验证动量守恒定律的表达式是 。
（4）实验中弹簧与 、 滑块之一是粘连好还是不粘连好 好。
8. 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，由导轨、滑块、弹射架、光电门等组成。
下面是实验的主要步骤：
a.安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；
b.向气垫导轨通入压缩空气；
c.接通光电计时器（光电门）；
d.把滑块 静止放在气垫导轨的中间；
e.滑块 挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；
f.释放滑块 ，滑块 通过光电门 后与左侧固定弹簧的滑块 碰撞，碰后滑块 和滑块 依次通过光电门 ，两滑块通过光电门后依次被制动；
g.读出滑块通过光电门的挡光时间，滑块 通过光电门 的挡光时间 ，通过光电门 的挡光时间 ，滑块 通过光电门 的挡光时间 ；
h.测出挡光片的宽度 ，测得滑块 （包括挡光片）的质量为 ，滑块 （包括弹簧和挡光片）质量为 。
（1）实验中气垫导轨的作用是：A. ；B. 。
（2）碰撞前滑块 的速度 为 ；碰撞后物块系统的总动量 （结果保留两位有效数字）。
9. 如图，用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。
（1）若入射小球质量为 ，半径为 ；被碰小球质量为 ，半径为 ，则
A．，
B．，
C．，
D．，
（2）为完成此实验，需要使用的测量工具除了刻度尺外还必需的是
（3）安装轨道时，轨道末端必须
（4）设入射小球的质量为 ，被碰小球的质量为 ， 为碰前入射小球落点的平均位置，则关系式（用 、 及图中字母表示） 成立，即表示碰撞中动量守恒。
答案
1. B
2. A
3. A
【解析】A、要想用水平的距离表示小球平抛出时的速度的大小，则必须要求小球做平垫运动，故实验中要求轨道末端必须保持水平，故A正确；
B、每次实验时只要保证每次小球从斜轨道上滑下到水平位置时的速度一样就可以了，所以不必要求轨道必须光滑，故B错误；
C、小球离开轨道做平抛运动下落的高度相等，小球做平抛运动的时间相等，小球的水平位移与时间成正比，可以用水平位移代替做平抛运动的初速度，实验不需要测量 间的距离，只测量 、 和 的距离即可，故C错误；
D、测量时发现 点偏离 这条直线，则应该过 点向 这条直线做垂线，测量垂足 到 点的距离才可以，故D错误。
故选：A。
4. （1） 切线水平
【解析】为了保证小球飞出后做平抛运动，则必须保证斜槽末端水平；
（2） 大于
【解析】为了保证小球 与小球 碰撞后不反弹，则 ；
（3）
【解析】由于三次落地的时间相同，故速度可以用水平位移替代，从图中可以看出需要考虑小球的半径，故必须满足的表达式为 。
5. （1） 光电门 、 间的水平距离
【解析】由于 、 原来静止，总动量为零，验证动量守恒定律的表达式为 ，所以还需要测量的物理量是光电门 、 间的水平距离。
（2）
【解析】由于 、 原来静止，总动量为零，验证动量守恒定律的表达式为 。
（3）
【解析】弹簧恢复原长时， 滑块的速度为 ， 滑块的速度为 ，根据能量守恒定律得 。
6. （1）
【解析】分析纸带上打点的情况可知， 段小车的运动情况还不稳定，而在 段小车运动稳定，故应选用 段计算 碰前的速度。
（2） ；
【解析】小车 在碰撞前速度 ，小车 在碰撞前动量 ，碰撞后 、 的共同速度 ，碰撞后 、 的总动量 。
7. （1）
【解析】采用的实验步骤为：给导轨送气，调整气垫导轨，使导轨处于水平；在 、 间水平放入一个轻弹簧，用手压住 、 使弹簧压缩，放置在气垫导轨上，并让它静止在某个位置；用刻度尺测出 的左端至 板的距离 ， 的右端至 板的距离 ；松开手的同时，记录滑块 、 运动时间的计时器开始工作，当 、 滑块分别碰到 、 挡板时计时器结束计时，分别记下 、 到达 、 的运动时间 和 ；所以实验操作的顺序是 ；
（2） 天平； 、 两滑块的质量 、
【解析】滑块在气垫导轨上做匀速直线运动，根据 、 运行的距离和时间可以求出分开时的速度，根据动量守恒定律得 ，又 ，，则 ，知还需要测量 、 的质量 、 ，所需的器材是天平；
（3）
【解析】利用测量的实验数据，验证动量守恒定律的表达式是 ；
（4） 粘连
【解析】只与 、 中的某一个粘连好，这样把弹簧的质量考虑进去，会减小系统误差；不粘连好，否则 、 可能碰不到 、 ；使计时误差大。
8. （1） 大大减小滑块和导轨之间的摩擦力，从而减小实验误差；保证两个滑块碰撞前后的速度都在同一条直线上
【解析】实验中气垫导轨的作用有两个，一是大大减小滑块和导轨之间的摩擦力，从而减小实验误差，二是保证两个滑块碰撞前后的速度都在同一条直线上。
（2） ；
【解析】碰撞前滑块 的速度
碰撞后滑块 的速度
滑块 的速度
。
9. （1） C
【解析】验证动量守恒定律实验中，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系，为保证碰撞在水平方向上，两个小球的球心的高度要相等，即两个小球的半径要相等；同时，为保证入碰小球不反弹，需要入碰小球的质量大于被碰小球的质量，即 。
（2） 天平
【解析】实验时，先让入射球 多次从斜轨上 位置静止释放，找到其平均落地点的位置 ，测量平抛射程 。然后，把被碰小球 静置于轨道的水平部分，再将入射球 从斜轨上 位置静止释放，与小球 相碰，并多次重复。测量平均落点的位置，找到平抛运动的水平位移设落地时间为 ，则 ，，
而动量守恒的表达式是
若两球相碰前后的动量守恒，则 成立。
因此为完成此实验，需要使用的测量工具除了刻度尺外还必需天平。
（3） 水平
【解析】为保证碰撞在水平方向上，且两个小球水平抛出，所以安装轨道时，轨道末端必须水平。
（4）
【解析】根据（）的分析可知，若两球相碰前后的动量守恒，则 成立。
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