1.4实验:验证动量守恒定律 课后练习B卷
学校:___________姓名:___________班级:___________考号:___________
一、单选题
1.如图所示,某实验小组在进行“验证动量守恒定律”的实验,入射球与被碰球半径相同、质量不等,且入射球的质量大于被碰球的质量,实验中,直接测定小球碰撞前、后的瞬时速度是不容易的,但是可以仅测量某物理量就能间接解决这个问题,该物理量是( )
A.小球开始释放高度 B.小球抛出点距地面的高度
C.小球做平抛运动的水平位移 D.小球的直径
2.在做“验证动量守恒定律”实验时,入射球a的质量为m1,被碰球b的质量为m2,各小球的落地点如图所示,关于这个实验,下列说法正确的是( )
A.入射球与被碰球最好采用大小相同、质量相等的小球
B.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m1·ON=m1·OM+m2·OP
D.要验证的表达式是m1·OP=m1·OM+m2·ON
3.在验证碰撞中的动量守恒的实验中,关于入射小球在斜槽轨道上释放点的高低对实验影响,下列说法正确的是( )
A.释放点越低,小球受阻力越小,入射小球速度越小,误差越小
B.释放点越低,两球碰后水平位移越小,水平位移测量的相对误差越小,两球速度测量值越精确
C.释放点越高,两球相碰时,相互作用的内力越大,碰撞前后动量之差越小,误差越小
D.释放点越高,入射小球对被碰小球的作用力越大,支柱对被碰小球的阻力越小
4.一半径为R、质量为M的光滑半圆形底座,放置在光滑水平面上,将一半径为、质量为m的小球紧靠底座右侧由静止释放,释放时小球圆心O'和底座圆心O在同一水平高度上,且M=3m,当小球到达底座最低点时,底座运动的位移大小是
A. B.
C. D.
5.如图甲所示,调节长木板的倾斜程度,让小车A以某速度做匀速直线运动,与置于木板上静止的小车B相碰并粘在一起,继续做匀速直线运动,得到的纸带如图乙所示,则计算碰前A车的动量大小应选( )
A.AB段 B.BC段 C.CD段 D.DE段
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·(-)=m2·
B.m1·(-)=m2·
C.m1·(+)=m2·
D.m1·=m2·(+)
7.用如图装置可以验证动量守恒定律,也可以研究碰撞过程中的能量问题。在验证动量守恒定律时,下列器材选取或实验操作符合实验要求的是( )
A.两小球的质量和尺寸可以不同
B.选用两球的质量应满足
C.需要直接或间接测量小球在平抛运动过程中的时间和射程
D.斜槽轨道越光滑误差越小
8.在验证动量守恒定律时,晓宇设计了如图所示的实验装置,并进行了如下的操作:将光电门A、B固定在长木板上,并适当地将长木板的右端垫高,将滑块1放在光电门A右侧,将滑块2放在两光电门之间,轻推滑块1使其沿长木板向下运动,两滑块碰后粘合为一体。已知滑块1、2的质量分别为m。滑块1通过光电门A、B时的挡光时间分别为条t1、t2,遮光的宽度为d。以下说法不正确的是( )
A.右端垫高的目的是为了平衡两滑块滑动过程受到的摩擦力
B.两滑块与板的动摩擦因数应相同
C.两个滑块碰撞过程中总动能不变
D.验证动量守恒的表达式为
9.图甲为验证动量守恒定律的实验装置图,让小车A拖着纸带向左运动,与静止的小车B碰撞,碰撞后两车粘在一起继续运动。图乙是实验得到的一条点迹清晰的纸带,设x1=2.00cm,x2=1.40cm,x3=0.95cm,小车A和B(含橡皮泥)的质量分别为m1和m2,则应验证的关系式为( )
A.
B.
C.
D.
10.用如图所示的实验装置来完成“验证动量守恒定律”的实验,关于本实验下列说法中正确的是( )
A.同一组实验中,入射小球必须从同一位置由静止释放
B.入射小球的质量必须等于被碰小球的质量
C.轨道倾斜部分必须光滑
D.需要秒表测量小球在空中飞行时间
11.质量为 M 的均匀木块静止在光滑的水平面上,木块左右两侧各有一位拿着完全相同的步枪和子弹的射击手,子弹质量为m,首先左侧的射击手开枪,子弹水平射入木块的深度为 d1 ,子弹与木块相对静止后,右侧的射击手开枪,子弹水平射入木块的深度为d2,如图所示,设子弹均未射穿木块,且两子弹与木块之间的作用力大小相等。当两颗子弹均相对木块静止时,两子弹射入的深度之比为( )
A. B. C. D.
12.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
二、多选题
13.用如图装置做“探究碰撞中的不变量”实验,下列说法正确的是( )
A.在实验前,不用把长木板的一端垫高,使A能拖着纸带匀速下行
B.A、B两辆小车的质量无需相等
C.A、B碰撞后必须保证A、B以共同速度一起运动
D.小车A必须从紧靠打点计时器的位置无初速度释放
14.利用如图装置来“探究碰撞中的不变量”。将打点计时器固定在长木板的一端,小车A(含撞针)与小车B(含橡皮泥)质量相同。下列说法正确的是( )
A.实验前要把纸带穿过打点计时器连在小车A上平衡摩擦
B.实验时要注意打点计时器与小车A以及小车A与小车B之间的间距,以确保在一条纸带上打出两段点迹均匀的点
C.实验时要先让小车A运动再接通电源
D.实验得到了一条如图所示的纸带,测得和。如果在误差允许的范围内等于2,则可以认为两小车碰撞前后动量是相等的
15.如图所示,一个质量为的木箱静止在光滑水平面上,木箱内粗糙的底板上放着一个质量也为的小物块。现使木箱瞬间获得一个水平向左、大小为的初速度,所有碰撞弹性碰撞,则下列说法正确的是( )
A.最终小物块和木箱都做匀速运动
B.最终小物块和木箱都静止
C.最终小物块和木箱组成的系统损失的机械能一定为
D.最终小物块和木箱组成的系统损失的机械能与木箱底板的粗糙程度有关
三、解答题
16.某同学利用如图所示的装置验证动量守恒定律.图中两摆摆长相同,悬挂于同一高度,A、B两摆球均很小,质量之比为1∶2.当两摆球均处于自由静止状态时,其侧面刚好接触.向右上方拉动B球使其摆线伸直并与竖直方向成45°角,然后将其由静止释放.结果观察到两摆球粘在一起摆动,且最大摆角为30°.若本实验允许的最大误差为±4%,此实验是否成功地验证了动量守恒定律?
17.如图所示,两个形状相同的小球A、B,质量分别为和,用等长的细线悬挂在同一高度。第一次保持B球竖直悬挂,将A球拉至某高度由静止释放;第二次保持A球竖直悬挂,将B球拉开,从相同高度由静止释放。两球两次碰撞前后的速度如下表所示。
表
碰撞情况 碰撞前A的 速度 碰撞前B的 速度 碰撞后A的 速度 碰撞后B的 速度
A碰B 0
B碰A 0
根据上述实验数据,能否得出“碰撞过程中守恒的物理量就是动量”的结论?
试卷第1页,共3页
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参考答案:
1.C
【详解】小球离开轨道后做平抛运动,由于小球抛出点的高度相等,它们在空中的运动时间相等,小球的水平位移与小球的初速度成正比,可以用小球做平抛运动的水平位移代替其碰撞前、后的瞬时速度。
故选C。
2.D
【详解】A.为了让两个小球发生对心碰撞,两球的直径应相等,为了防止碰撞后入射球反弹,入射球的质量应大于被碰球的质量,A错误;
B.为保证球每次碰撞前速度相等,每次应使入射小球从斜槽上同一位置由静止滚下,B错误;
CD.没有放被碰球时,入射小球掉落在P位置,有被碰球时,入射球a落在M点,被碰球b落在N点,它们抛出点高度相同,它们在空中运动的时间相等,如果碰撞过程动量守恒,则
两边同时乘以时间,可得
即要验证的表达式
m1·OP=m1·OM+m2·ON
C错误,D正确。
故选D。
3.C
【详解】释放点越低,入射小球碰前的速度越小,两球碰后速度也越小,水平位移越小,水平位移测量的相对读数的相对误差大;释放点越高,入射小球碰前的速度越大,两球相碰时,相互作用的内力越大,支柱对被碰小球的阻力不变,阻力的影响相对减小,可以较好地满足动量守恒的条件,碰后两球的速度越大,也有利于减小测量水平位移时的相对误差,从而使实验的误差减小。
故选C。
4.A
【详解】设当小球到达底座最低点时,底座运动的位移大小是x,则小球相对于地面的水平位移大小为,小球和底座组成的系统,水平方向不受外力,系统水平动量守恒,则水平平均动量也守恒.取水平向右为正方向,由水平动量守恒得:
即:
结合M=3m,解得:
故选A.
5.B
【详解】推动小车由静止开始运动,小车有个加速过程,在碰撞前做匀速直线运动,即在相同的时间内通过的位移相同,BC段为匀速运动的阶段,故选BC段计算碰前的速度,故选B。
6.B
【详解】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
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
得
变形可得
故选B。
7.B
【详解】AB.为保证正碰,两小球的尺寸要求相同,为防止运动小球的反弹,需要满足。故A错误;B正确;
C.小球在空中做平抛运动,飞行时间由下落高度决定,均相同,不需要直接或间接测量。根据
可知射程与小球的水平速度成正比,需要测量碰撞前后的射程。故C错误;
D.实验时要求小球从同一位置下滑,则到达斜槽末端的速度值相同。所以斜槽轨道的光滑与否不影响实验误差。故D错误。
故选B。
8.C
【详解】A.右端垫高的目的是为了平衡两滑块滑动过程受到的摩擦力,使重力的下滑分力等于受到的摩擦力,故A正确;
B.平衡摩擦力时,应该使
因为倾斜角度只能是一个值,则两滑块与板的动摩擦因数应相同,故B正确;
C.两滑块碰后粘合为一体,说明是完全非弹性碰撞,一定有动能损失,故C错误;
D.滑块经过光电门时的速度应为挡光时间内的平均速度,即滑块1通过两光电门时的速度分别为
若碰撞过程动量守恒,则碰前滑块1的动量应等于碰后两滑块1、2的总动量,有
故D正确。
本题选不正确的,故选C。
9.C
【详解】由于小球A和碰撞后两球都做匀速直线运动,故可利用这段求出碰撞前的速度为
可利用这段求出碰撞后的速度为
是计数间隔,根据动量守恒定律有
代入整理有
ABD错误,C正确。
故选C。
10.A
【详解】A.同一组实验中,入射小球必须从同一位置由静止释放,以保证小球到达斜槽底端时速度相同,选项A正确;
B.入射小球的质量必须大于被碰小球的质量,以保证两球碰后入射球不反弹,选项B错误;
C.轨道倾斜部分不一定必须光滑,只要入射球到达底端时的速度相同即可,选项C错误;
D.碰后两球均做平抛运动,下落的高度相同则时间都一样,则可以用水平位移代替水平速度,则不需要秒表测量小球在空中飞行时间,选项D错误。
故选A。
11.B
【详解】设向右为正方向;子弹射入木块前的速度大小为v,子弹的质量为m,子弹受到的阻力大小为f。当两颗子弹均相对于木块静止时,由动量守恒得
mv-mv=(2m+M)v′
得
v′=0
即当两颗子弹均相对于木块静止时,木块的速度为零,即静止。
先对左侧射入木块的子弹和木块组成的系统研究,则有
mv=(M+m)v1
由能量守恒得
①
再对两颗子弹和木块系统为研究,得
②
联立解得
故B正确,ACD错误。
故选B。
12.D
【详解】根据实验原理可知,滑块的质量、挡光时间、挡光片的宽度都是需要测量的物理量,其中滑块的质量用天平测量,挡光时间用光电计时器测量,挡光片的宽度可事先用刻度尺测量;只有滑块移动的距离不需要测量,ABC错误,D正确。
故选D。
13.BC
【详解】A.根据动量守恒的条件可知,本实验需要平衡摩擦力,故在实验前,必须把长木板的一端垫高,使A能拖着纸带匀速下行,故A错误;
B.本实验中对A、B两辆小车的质量无特殊要求,故B正确;
C.为了得出动量守恒的表达式,A、B碰撞后必须保证A、B以共同速度一起运动,故C正确;
D.碰撞前小车A应有速度,故小车A在手推动下开始运动,故D错误。
故选BC。
14.ABD
【详解】AB.根据动量守恒的条件可知,本实验需要平衡摩擦力,故在实验前,必须把长木板的一端垫高,使A能拖着纸带匀速下行,故AB正确;
C.实验时应先接通电源打点后释放小车,故C错误;
D.设碰前速度为v1,碰后的共同速度为v2,由动量守恒可得
则相等时间的位移为
故D正确。
故选ABD。
15.AC
【分析】小物块与木箱组成的系统所受合外力为零,系统动量守恒,应用动量守恒定律与能量守恒定律分析答题。
【详解】AB.小物块与木箱组成的系统所受合外力为零,系统动量守恒,最终小物块与木箱相对静止一起做匀速直线运动,故A正确,B错误;
CD.最终小物块与木箱速度相等,设为v,系统动量守恒,以木箱的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得
设系统损失的机械能为,对系统,由能量守恒定律得
解得
系统损失的机械能与木箱底板的粗糙程度无关,故C正确,D错误;
故选AC。
16.能,见解析
【详解】设摆球A、B的质量分别为mA、mB,摆长为l,B球的初始高度为h1,碰撞前B球的速度为vB.在不考虑摆线质量的情况下,根据题意及机械能守恒定律得:
h1=l(1-cos45°)
设碰撞前、后两摆球的总动量的大小分别为p1、p2,有:
p1=mBvB
联立得:
.
同理可得:
.
则有:
.
代入已知条件得:
由此可以推出:
≤4%
所以,此实验在规定的误差范围内验证了动量守恒定律。
17.见解析
【详解】碰,碰前总动量
碰后总动量
可得
碰,碰前总动量
碰后总动量
可得
综上可得:碰撞过程中守恒的物理量就是动量。
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