高中物理粤教版选修3-5自测题 第一章实验　验证动量守恒定律 Word版含解析

实验　验证动量守恒定律
1．在实验室里为了验证动量守恒定律，一般采用如图甲、乙所示的两种装置：
(1)若入射小球质量为m1，半径为r1；被碰小球质量为m2，半径为r2，则 (　　)
A．m1>m2，r1>r2　　　 B．m1>m2，r1C．m1>m2，r1＝r2 D．m1(2)若采用图乙所示装置进行实验，以下所提供的测量工具中必需的是________．
A．直尺 B．游标卡尺
C．天平 D．弹簧测力计
E．秒表
(3)设入射小球的质量为m1，被碰小球的质量为m2，则在用图甲所示装置进行实验时(P为碰前入射小球落点的平均位置)，所得“验证动量守恒定律”的结论为________________________________
_______________________________________________________
(用装置图中的字母表示)．
解析：(1)为防止反弹造成入射球返回斜槽，要求入射球质量大于被碰球质量，即m1>m2，为使入射球与被碰球发生对心碰撞，要求两小球半径相同，故选项C正确．
(2)设入射小球碰前的速度为v1，入射小球、被碰小球相碰后的速度分别为v′1、v′2.由于两球都从同一高度做平抛运动，当以运动时间为一个计时单位时．可以用它们平抛的水平位移表示碰撞前后的速度．因此，验证的动量守恒关系m1v1＝m1v′1＋m2v′2可表示为m1x1＝m1x′1＋m2x′2.所以需要直尺、天平，而无须弹簧测力计、秒表．由于题中两个小球都可认为是从槽口开始做平抛运动的，两球的半径不必测量，故无须游标卡尺．
(3)得出验证动量守恒定律的结论应为m1OP＝m1OM＋m2O′N.
答案：(1)C　(2)AC　(3)m1OP＝m1OM＋m2O′N
2．某同学利用气垫导轨做“验证碰撞中的动量守恒”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接通光电计时器；
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后与左侧装有同定弹簧的滑块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读出滑块通过两个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＝10.01 ms，通过光电门2的挡光时间Δt2＝49.99 ms，滑块2通过光电门2的挡光时间Δt3＝8.35 ms；
⑧测出挡光片的宽度d＝5 mm，测得滑块1的质量为m1＝300 g，滑块2(包括弹簧)的质量为m2＝200 g.
(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；滑块2的速度v3为________m/s；(结果均保留两位有效数字)
③在误差允许的范围内，通过本实验，同学们可以探究出哪些物理量是不变的？通过对实验数据的分析说明理由(回答两个不变量)．
a．_______________________________________________；
b．_______________________________________________.
解析：(2)①A.大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差．
B．保证两个滑块的碰撞是一维的．
②滑块1碰撞之前的速度v1＝＝ m/s≈0.50 m/s；
滑块1碰撞之后的速度
v2＝＝ m/s ≈0.10 m/s；
滑块2碰撞之后的速度为v3＝＝ m/s≈0.60 m/s.
③a.系统碰撞前后总动量不变．
原因：系统碰撞之前m1v1＝0.15 kg·m/s，
系统碰撞之后m1v2＋m2v3＝0.15 kg·m/s.
b．系统碰撞前后总动能不变．
原因：系统碰撞之前的总动能
Ek1＝m1v＝0.037 5 J，
系统碰撞之后的总动能
Ek2＝m1v＋m2v＝0.037 5 J.
答案：见解析
3．某同学用如图(a)所示的装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来探究碰撞中的守恒量，图中PQ是斜槽，QR为水平槽，实验时先使A球从斜槽上某一固定位置G由静止开始滚下，落到位于水平地面的记录纸上，留下痕迹，重复上述操作10次，得到10个落点痕迹，再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让A球仍从位置G由静止开始滚下，和B球碰撞后，A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹，重复这种操作10次，图(a)中O点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点，B球落点痕迹如图(b)，其中米尺水平放置，且平行于G、R、O所在的平面，米尺的零点与O点对齐
　　　图(a)　　　　　图(b)
(1)除了图中器材外，实验室还备有下列器材，完成本实验还需要用到的器材有________(填选项号)．
A．秒表　B．天平　C．毫米刻度尺　D．打点计时器(及电源和纸带)　E．圆规　F．弹簧测力计　G．游标卡尺
(2)从图(b)可以测出碰撞后B球的水平射程应取为__________cm.
(3)在以下选项中，______________是本次实验必须进行的测量(填选项号)
A．水平槽上未放B球时，测量A球落点位置到O点的距离
B．A球与B球碰撞后，测量A球落点位置到O点的距离
C．测量A球或B球的直径
D．测量A球和B球的质量(或两球质量之比)
E．测量G点相对于水平槽面的高度
解析：(1)利用天平测量小球质量，利用刻度尺测量落点距离，利用圆规找到圆心．
(2)距离为O点到落点圆心间的距离．
(3)ABD
答案：(1)BCE　(2)64.7(填64.2 cm～65.2 cm之间均可)
(3)ABD
4．用图示实验装置探究“碰撞中的不变量”实验，除了图示装置中的实验仪器外，下列仪器中还需要的是(　　)
A．秒表 B．天平
C．刻度尺 D．直流电源
E．交流电源
若实验中得到一条纸带如图所示，已知A、B车的质量分别为mA、mB，则该实验需要验证的表达式是______________________．(用图中物理量和已给出的已知量表示)
解析：该实验需要测量小车的质量，故需要天平；需要测量各计数点间距，故需要刻度尺；打点计时器有计时功能，无需秒表；而打点计时器工作电源是交流电源，无需直流电源，故选BCE；小车A碰前做匀速运动，打在纸带上的点间距是均匀的，故求碰前小车A的速度应选BC段，碰后两车一起做匀速运动，打出的点也是间距均匀的，故选DE段来计算碰后速度，在误差允许的范围内，需要验证的表达式是mAvA＝vAB，即mAxBC＝xDE.
答案：BCE　mAxBC＝xDE
5．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A点放置一个光电门，水平平台上A点右侧摩擦很小，可忽略不计，左侧为粗糙水平面．采用的实验步骤如下：
　
A．在小滑块a上固定一个宽度为d的窄挡光片；
B．用天平分别测出小滑块a(含挡光片)和小球b的质量ma、mb；
C．在a和b间用细线连接，中间夹一被压缩了的水平轻短弹簧，静止放置在平台上；
D．细线烧断后，a、b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t；
F．小球b从平台边缘飞出后，落在水平地面的B点，用刻度尺测出平台距水平地面的高度h及平台边缘铅垂线与B点之间的水平距离sb；
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、b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，当地重力加速度为g)．
解析：(1)螺旋测微器的固定刻度读数为2.5 mm，可动刻度读数为0.01×5.0 mm＝0.050 mm，所以最终读数为：2.5 mm＋0.050 mm＝2.550 mm.
(2)烧断细线后，a向左运动，经过光电门，根据速度公式可知，a经过光电门的速度va＝；故a的动量pa＝ma.
b离开平台后做平抛运动，根据平抛运动规律可得：h＝gt2，
sb＝vbt，
解得vb＝sb ，
动量大小pb＝mbsb ；
若动量守恒，设向右为正，有
0＝mbvb－mava，
即ma＝mbsb .
答案：(1)2.550　(2)　mbsb