1.4 实验：验证动量守恒定律—【新教材】人教版（2019）高中物理选择性必修第一册同步检测

高中物理选择性必修第一册
第一章
动量守恒定律
1.4
实验：验证动量守恒定律
1．在“验证动量守恒定律”的实验中。实验装置及实验中小球运动轨迹及平均落点的情况如图所示，回答下列问题：
(1)本实验需要测量的物理量是
______（填选项前的字母）。
A．小球的质量ma、mb
B．小球离开斜槽后飞行的时间ta、tb
C．小球离开斜槽后飞行的水平射程xA、xB、xC
D．槽口到水平地面的竖直高度H
(2)实验中重复多次让小球a从斜槽上的同一位置释放，其中“同一位置释放”的目的是________。
(3)放置被碰小球b前后，小球a的落点位置为分别为图中的_______和______。
2．某实验小组在“实验：探究碰撞中的不变量”的实验中，采用如图所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来进行探究。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末端的地方，让A球仍从位置G自静止开始滚下，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。图中的O点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点。B球落点痕迹如图所示，其中米尺水平放置，且平行于G、R、O所在平面，米尺的零点与O点对齐。
（1）碰撞后B球的水平射程应取为_____
cm。
（2）在以下选项中，哪些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球或B球的质量（或两球质量之比）
E．测量G点相对水平槽面的高度
3．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)实验中，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的，但是，可以通过仅测量________(填选项前的符号)，间接地解决这个问题．
A、小球开始释放高度h
B、小球抛出点距地面的高度H
C、小球做平抛运动的射程
(2)图中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影．实验时，先将入射球m1多次从斜轨上S位置由静止释放，找到其平均落地点的位置P，测量平抛射程OP．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S位置由静止释放，与小球m2相撞，并多次重复．（小球质量关系满足m1>
m2）
接下来要完成的必要步骤是__________．(填选项前的符号)
A、用天平测量两个小球的质量m1、m2
B、测量小球m1开始释放高度h
C、测量抛出点距地面的高度H
D、分别找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、N
E、测量平抛射程OM、ON
(3)若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为______________________[用(2)中测量的量表示]．
4．在实验室里为了验证动量守恒定律，一般采用如图甲、乙两种装置：
（1）若入射小球质量为，半径为；被碰小球质量为，半径为，则要求______
A.??
B.?
C.?????????????
D.??
（2）设入射小球的质量为，被碰小球的质量为，则在用甲装置实验时，验证动量守恒定律的公式为______用装置图中的字母表示
（3）若采用乙装置进行实验，以下所提供的测量工具中必须有的是______
A.毫米刻度尺???????
游标卡尺???????
天平???????
弹簧秤???????
秒表
（4）在实验装置乙中，若小球和斜槽轨道非常光滑，则可以利用一个小球验证小球在斜槽上下滑过程中的机械能守恒。这时需要测量的物理量有：小球静止释放的初位置到斜槽末端的高度差，小球从斜槽末端水平飞出后平抛运动到地面的水平位移s、竖直下落高度则所需验证的关系式为______。不计空气阻力，用题中的字母符号表示
5．某同学在气垫导轨上设计了一个“验证动量守恒定律”的实验：小车A拖着一条纸带且其前端粘有橡皮泥，打点计时器使用的电源频率为50Hz，推动小车A使之与原来静止的滑块B发生碰撞，并粘合成一体，继续运动。他设计的具体装置如图所示。
(1)若已得到打点纸带如图，并测得各计数点间距，则应该选择________填“AB”“BC”“CD”“DE”或“EF”段来计算小车A碰前的速度。
（2）已测得小车A的质量，滑块B的质量，由以上测量结果可得系统碰前________；系统碰后________。结果均保留三位有效数字
6．在“验证动量守恒定律”的实验中，某同学用如图所示的装置进行了如下的操作：
①先调整斜槽轨道，使斜槽末端切线水平，在一块平木板表面先后钉上白纸和复写纸，并将该木板竖直立于靠近槽口处，使小球a从斜槽轨道上某固定点处由静止释放，撞到木板并在白纸上留下痕迹O；
②将木板向右平移适当的距离，再使小球a从原固定点由静止释放，撞在木板上并在白纸上留下痕迹B；
③把半径相同的小球b静止放在斜槽轨道水平段的最右端，让小球a仍从原固定点由静止释放，和小球b相碰后，两球撞在木板上并在白纸上留下痕迹A和C；
④用天平测量a、b两小球的质量分别为、，用刻度尺测量白纸上O点到A、B、C三点的距离分别为、和。
用本实验中所测得的量来验证两球碰撞过程动量守恒，其表达式为__________________；若发生的是弹性碰撞，则表达式__________________将成立。
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C和D的气垫导轨以及滑块A和B来验证动量守恒定律，实验装置如图所示(弹簧的长度忽略不计)．
采用的实验步骤如下：
①用天平分别测出滑块A、B的质量mA、mB.
②调整气垫导轨，使导轨处于水平．
③在A和B间放入一个被压缩的轻弹簧，用电动卡销锁定，静止放置在气垫导轨上．
④用刻度尺测出A的左端至C板的距离L1.
⑤按下电钮放开卡销，同时使分别记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作．当A、B滑块分别碰撞C、D挡板时停止计时，记下A、B分别到达C、D的运动时间t1和t2.
(1)实验中还应测量的物理量是______________________________．
(2)利用上述测量的实验数据，验证动量守恒定律的表达式是__________________，上式中算得的A、B两滑块的动量大小并不完全相等，产生误差的原因是_____________________，________________
(3)利用上述实验数据能否测出被压缩弹簧的弹性势能的大小？________若能，请写出表达式：____________________________________.
8．碰撞的恢复系数的定义为，其中v10和v20分别是碰撞前两物体的速度，v1和v2分别是碰撞后物体的速度。弹性碰撞的恢复系数e=1，非弹性碰撞的e<1。某同学借用验证动量守恒定律的实验装置（如图所示）验证弹性碰撞的恢复系数是否为1，实验中使用半径相等的钢质小球1和2（它们之间的碰撞可近似视为弹性碰撞），且小球1的质量大于小球2的质量。
实验步骤如下：
安装好实验装置，做好测量前的准备，并记下重锤线所指的位置O。
第一步，不放小球2，让小球1从斜槽上A点由静止滚下，并落在地面上。重复多次，用尽可能小的圆把小球的所落点圈在里面，其圆心就是小球落点的平均位置。
第二步，把小球2
放在斜槽前端边缘处C点，让小球1从A点由静止滚下，使它们碰撞。重复多次，并使用与第一步同样的方法分别标出碰撞后小球落点的平均位置。
第三步，用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置离O点的距离，即线段OM、OP、ON的长度。
上述实验中，
（1）P点是________________________________________的平均位置，
M点是___________________________________________的平均位置，
N点是___________________________________________的平均位置。
（2）请写出本实验的原理___________________________________________________，写出用测量量表示的恢复系数的表达式__________________________________________。
（3）三个落地点距O点的距离OM、OP、ON与实验所用的小球质量是否有关系？
___________________________________。
参考答案
1．AC
为了保证小球每次平抛的初速度相同
B
A
2．（1）63.9（63.8~64.2）（2）ABD
3．C
ADE
m1·OM＋m2·ON＝m1·OP
4．C；
；
AC；
；
5．
6．
7．（1）B的右端至D板的距离L2；
（2）；
原因：一是测量本身就存在误差，如测量质量、时间、距离等存在误差；
二是空气阻力或者是导轨不是水平的等；
（3）能。
8．在实验的第一步中小球1落点
小球1与小球2碰后小球1落点
小球2落点
小球从槽口C飞出后做平抛运动的时间相同，假设为t，则有
小球2碰撞前静止，即
OP与小球的质量无关，OM和ON与小球的质量有关