2020-2021学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册 1.4实验：验证动量守恒定律（课堂达标+课后习题）

第一章　动量守恒定律
第4节实验：验证动量守恒定律　
1．(2020·山西省临汾市高三开学摸底考试)如图(a)所示中，水平放置的气垫导轨上有A、B两个质量相同的滑块，滑块上的挡光片宽度均为d，A位于导轨的左端，B位于导轨中间，A、B间和B与导轨右端之间各有一个光电门。用手推一下A，A向右运动与B发生碰撞并粘到一起，测得A通过光电门1的挡光时间为t1，A、B一起通过光电门2时B上挡光片的挡光时间为t2。完成下列填空：
(1)A通过光电门1时的速度大小为____(用题中给出的物理量的符号表示)。
(2)用游标卡尺测量d时的示数如图(b)所示，则d＝__0.84__cm。
(3)当t1＝__t2__(用题中给出的物理量的符号表示)时，A、B组成的系统碰撞前后的动量守恒。
2．(2020·山东省安丘一中高二上学期检测)用如图甲所示装置，通过半径相同的A、B两球碰撞来验证动量守恒定律。实验时先使质量为mA的A球从斜槽上某一固定点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。把质量为mB的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，与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。得到了如图乙所示的三个落地处P、Q、R。
(1)入射球每次滚下都应从斜槽上的同一位置无初速度释放，目的是__保证小球每次都以相同的速度飞出槽口__。
(2)请在图乙中读出OP＝__17.5(17.2～18.0)__cm。
(3)由图乙可以判断出Q是__没有碰撞时A__球的落地点。
(4)为了验证碰撞前后总的动量守恒，该同学只需验证表达式__mA·OQ＝mA·OP＋mB·OR__。
夯基提能作业
1．(10分)气垫导轨工作时能够通过喷出的气体使滑块悬浮从而基本消除掉摩擦力的影响，因此成为重要的实验器材，气垫导轨和光电门、数字毫秒计配合使用能完成许多实验。
现提供以下实验器材：(名称、图像、编号如图所示)
利用以上实验器材还可以完成“通过证明mv0＝(m1＋m2)v来得到滑块碰撞时的动量守恒”的实验。为完成此实验。
(1)针对实验原理，我们应选择的器材编号为：__ABC__。
(2)在我们所选的器材中：__B__器材对应原理中的m1(填写器材编号)。
2．(15分)(2021·江苏省扬州中学高二下学期检测)在探究碰撞中动量守恒实验中，利用如图所示的气垫导轨通过闪光照相进行这一实验。
某次实验时碰撞前B滑块静止，A滑块匀速向B滑块运动并发生碰撞，利用闪光照相的方法连续4次拍摄得到的闪光照片如图所示。
已知相邻两次闪光的时间间隔为T，在这4次闪光的过程中，A、B两滑块均在0～80 cm范围内，且第1次闪光时，滑块A恰好位于x＝10 cm处。若A、B两滑块的碰撞时间及闪光持续的时间极短，均可忽略不计，则可知碰撞发生在
第1次闪光后的__2.5T__时刻，如果碰撞前后动量守恒，则A、B两滑块质量之比mA∶mB＝__2∶3__。
3．(15分)某同学用如图所示装置来“验证动量守恒定律”，实验时先让小球a从斜槽轨道上某固定点处由静止开始滚下，在水平地面上的记录纸上留下痕迹，重复10次；然后再把小球b静置在斜槽轨道末端，小球a仍从原固定点由静止开始滚下，和小球b相碰后，两球分别落在记录纸的不同位置处，重复10次。回答下列问题：
(1)在安装实验器材时，斜槽的末端应__水平或切线水平__。
(2)小球a、b的质量关系应满足ma__>__mb，两球的半径关系应满足ra__＝__rb(均选填“>”“<”或“＝”)。
(3)在本实验中，验证的式子是：__ma·OB＝ma·OA＋mb·OC__。
4．(20分)(2020·广东省实验中学高二下学期期中)为了验证“两小球碰撞过程中的动量守恒”，某同学用如图所示的装置进行了如下的操作：
①将斜槽轨道的末端调整水平，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固定，再使小球a从原固定点由静止释放，撞到木板并在白纸上留下痕迹P；
③把小球b静止放在斜槽轨道的水平段的最右端，让小球a仍从原固定点由静止释放，和小球b相碰后，两小球撞到木板并在白纸上留下痕迹M和N；
④用天平测出a、b两个小球的质量分别为ma和mb，用刻度尺测量白纸上O点到M、P、N三点的距离分别为yM、yP和yN。
根据上述实验，请回答下列问题：
(1)为了减小实验误差，选择入射球ma、被碰球mb时，应该使ma__大于__mb。(填“大于”“等于”“小于”)
(2)小球a下滑过程中与斜槽轨道间存在摩擦力，这对实验结果__不会__产生误差。(选填“会”或“不会”)
(3)小球a和b发生碰撞后，小球b在图中白纸上撞击痕迹应是__M__点。
(4)用本实验中所测得的物理量来验证两小球碰撞过程中动量守恒，其表达式为：__＝＋__。
第一章　动量守恒定律
第4节实验：验证动量守恒定律　
1．(2020·山西省临汾市高三开学摸底考试)如图(a)所示中，水平放置的气垫导轨上有A、B两个质量相同的滑块，滑块上的挡光片宽度均为d，A位于导轨的左端，B位于导轨中间，A、B间和B与导轨右端之间各有一个光电门。用手推一下A，A向右运动与B发生碰撞并粘到一起，测得A通过光电门1的挡光时间为t1，A、B一起通过光电门2时B上挡光片的挡光时间为t2。完成下列填空：
(1)A通过光电门1时的速度大小为____(用题中给出的物理量的符号表示)。
(2)用游标卡尺测量d时的示数如图(b)所示，则d＝__0.84__cm。
(3)当t1＝__t2__(用题中给出的物理量的符号表示)时，A、B组成的系统碰撞前后的动量守恒。
解析：(1)由于挡光片的宽度比较小，故挡光片通过光电门的时间比较短，因此可将挡光片通过光电门的平均速度看成滑块通过光电门的瞬时速度，故滑块A通过光电门1的速度大小可表示为v1＝。
(2)游标卡尺的主尺读数为8 mm，游标尺读数为0.1×4 mm＝0.4 mm，所以挡光片的宽度为d＝8 mm＋0.4 mm＝8.4 mm＝0.84 cm。
(3)滑块A通过光电门1的速度v1＝，滑块A、B整体通过光电门2的速度v2＝，不考虑摩擦力作用，若A、B组成的系统碰撞前后动量守恒，根据动量守恒定律得m·＝2m·，化简得t1＝t2，即当t1＝t2时，A、B组成的系统碰撞前后的动量守恒。
2．(2020·山东省安丘一中高二上学期检测)用如图甲所示装置，通过半径相同的A、B两球碰撞来验证动量守恒定律。实验时先使质量为mA的A球从斜槽上某一固定点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。把质量为mB的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，与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。得到了如图乙所示的三个落地处P、Q、R。
(1)入射球每次滚下都应从斜槽上的同一位置无初速度释放，目的是__保证小球每次都以相同的速度飞出槽口__。
(2)请在图乙中读出OP＝__17.5(17.2～18.0)__cm。
(3)由图乙可以判断出Q是__没有碰撞时A__球的落地点。
(4)为了验证碰撞前后总的动量守恒，该同学只需验证表达式__mA·OQ＝mA·OP＋mB·OR__。
解析：(1)保证小球每次都以相同的速度飞出槽口。
(2)从题图中直接读出读数为17.5 cm。
(3)A与B相撞后，B的速度增大，A的速度减小，碰前、碰后都做平抛运动，高度相同，落地时间相同，所以Q点是没有碰撞时A球的落地点。
(4)根据两小球从同一高度开始下落，故下落的时间相同，只需验证表达式：mA·OQ＝mA·OP＋mB·OR。
夯基提能作业
1．(10分)气垫导轨工作时能够通过喷出的气体使滑块悬浮从而基本消除掉摩擦力的影响，因此成为重要的实验器材，气垫导轨和光电门、数字毫秒计配合使用能完成许多实验。
现提供以下实验器材：(名称、图像、编号如图所示)
利用以上实验器材还可以完成“通过证明mv0＝(m1＋m2)v来得到滑块碰撞时的动量守恒”的实验。为完成此实验。
(1)针对实验原理，我们应选择的器材编号为：__ABC__。
(2)在我们所选的器材中：__B__器材对应原理中的m1(填写器材编号)。
解析：该实验的原理为m1v0＝(m1＋m2)v，两个物体最终粘在一起，一起运动，通过光电门可以测量速度的大小，所以应选择的器材为A、B、C。因为m1应该是先运动的滑块，不是静止的滑块，所以对应的器材是B。
2．(15分)(2021·江苏省扬州中学高二下学期检测)在探究碰撞中动量守恒实验中，利用如图所示的气垫导轨通过闪光照相进行这一实验。
某次实验时碰撞前B滑块静止，A滑块匀速向B滑块运动并发生碰撞，利用闪光照相的方法连续4次拍摄得到的闪光照片如图所示。
已知相邻两次闪光的时间间隔为T，在这4次闪光的过程中，A、B两滑块均在0～80 cm范围内，且第1次闪光时，滑块A恰好位于x＝10 cm处。若A、B两滑块的碰撞时间及闪光持续的时间极短，均可忽略不计，则可知碰撞发生在
第1次闪光后的__2.5T__时刻，如果碰撞前后动量守恒，则A、B两滑块质量之比mA∶mB＝__2∶3__。
解析：由题图可知，前三次曝光的时间间隔内物块A的位移相同，两物块不可能相碰，又由于物块B开始时静止，而碰后物块B一定向右运动，因物块B静止在60 cm的位置，所以两物块碰撞一定发生在2.5 T末，设碰前物块A的速度大小为v，则碰后物块A的速度大小为，由题图可知碰后B的速度大小为v，假设取向右的方向为正，则碰前的质量与速度乘积的和为mAv，碰后的质量与速度乘积的和为－mA＋mBv，因为碰撞前后动量守恒，则整理可得mA∶mB＝2∶3。
3．(15分)某同学用如图所示装置来“验证动量守恒定律”，实验时先让小球a从斜槽轨道上某固定点处由静止开始滚下，在水平地面上的记录纸上留下痕迹，重复10次；然后再把小球b静置在斜槽轨道末端，小球a仍从原固定点由静止开始滚下，和小球b相碰后，两球分别落在记录纸的不同位置处，重复10次。回答下列问题：
(1)在安装实验器材时，斜槽的末端应__水平或切线水平__。
(2)小球a、b的质量关系应满足ma__>__mb，两球的半径关系应满足ra__＝__rb(均选填“>”“<”或“＝”)。
(3)在本实验中，验证的式子是：__ma·OB＝ma·OA＋mb·OC__。
解析：(1)小球离开轨道后做平抛运动，在安装实验器材时斜槽的末端应保持水平，才能使小球做平抛运动。
(2)为防止碰撞过程入射球反弹，入射球的质量应大于被碰球的质量，即ma>mb；为保证两个小球的碰撞是对心碰撞，两个小球的半径要相等。
(3)小球a和小球b相撞后，小球b的速度增大，小球a的速度减小，b球在前，a球在后，两球都做平抛运动，由题图所示可知，未放被碰小球时小球a的落地点为B点，碰撞后a、b的落地点分别为A、C点，小球在空中的运动时间t相等，如果碰撞过程动量不变，则有：mav0＝mava＋mbvb，两边同时乘以时间t得mav0t＝mavat＋mbvbt，ma·OB＝ma·OA＋mb·OC。
4．(20分)(2020·广东省实验中学高二下学期期中)为了验证“两小球碰撞过程中的动量守恒”，某同学用如图所示的装置进行了如下的操作：
①将斜槽轨道的末端调整水平，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固定，再使小球a从原固定点由静止释放，撞到木板并在白纸上留下痕迹P；
③把小球b静止放在斜槽轨道的水平段的最右端，让小球a仍从原固定点由静止释放，和小球b相碰后，两小球撞到木板并在白纸上留下痕迹M和N；
④用天平测出a、b两个小球的质量分别为ma和mb，用刻度尺测量白纸上O点到M、P、N三点的距离分别为yM、yP和yN。
根据上述实验，请回答下列问题：
(1)为了减小实验误差，选择入射球ma、被碰球mb时，应该使ma__大于__mb。(填“大于”“等于”“小于”)
(2)小球a下滑过程中与斜槽轨道间存在摩擦力，这对实验结果__不会__产生误差。(选填“会”或“不会”)
(3)小球a和b发生碰撞后，小球b在图中白纸上撞击痕迹应是__M__点。
(4)用本实验中所测得的物理量来验证两小球碰撞过程中动量守恒，其表达式为：__＝＋__。
解析：(1)选择入射球ma、被碰球mb时，为防止入射球反弹，则应该使ma大于mb。
(2)小球a下滑过程中与斜槽轨道间存在摩擦力，不会对实验结果产生误差，因为只要保证小球从静止释放到达最低点的速度相等即可，斜槽不一定需要光滑。
(3)小球a和b发生碰撞后，小球b在图中白纸上撞击痕迹应是M点。
(4)根据y＝gt2得t＝，
若小球a不与小球b碰撞，
平抛运动初速度v＝＝x，
同理可得，小球a与b碰撞后，
a的速度v1＝x，b的速度v2＝x，
验证动量守恒的表达式为mav＝mav1＋mbv2，
即＝＋。