2020高考物理一轮复习实验增分专题7验证动量守恒定律对应演练

2019年

【2019最新】精选高考物理一轮复习实验增分专题7验证动量守恒定律对

应演练

对应演练·迁移运用

1．(多选)在利用气垫导轨探究碰撞中的不变量实验中，哪些因素可导致实验误差( AB )

A．导轨安放不水平 C．两小车质量不相等

B．小车上挡光板倾斜 D．两小车碰后连在一起

解析 实验要求小车碰撞前后均做匀速直线运动，才能准确测量碰撞前后的速度，若导轨安放不水平，会引起误差，选项A正确；小车的速度用挡光板的宽度与通过光电门的时间的比值来计算，若挡光板倾斜，则会引起挡光板宽度的误差，影响实验结果，选项B正确；实验过程需要改变小车质量和考虑各种碰撞情况，包括碰后连在一起的情况，选项C、D错误．

2．某同学设计了一个用打点计时器验证动量守恒定律的实验：在小车A的前端黏有橡皮泥，推动小车A使之做匀速运动．然后与原来静止在前方的小车B相碰并黏合成一体继续做匀速运动．他设计的具体装置如图甲所示，在小车A后连着纸带，电磁打点计时器的电源频率为50 Hz，长木板下垫着小木片以平衡摩擦力．

(1)若已得到打点纸带如图乙所示，并测得各计数点间距标在图上，A为运动起始的第一点，则应选__BC__段计算A的碰前速度，应选__DE__段来计算A和B碰后的共同速度．(选填“AB”“BC”“CD”或“DE”)

(2)已测得小车A的质量m1＝0.40 kg.小车B的质量m2＝0.20 kg，由以上测量结果可得：碰前总动量为__0.420__kg·m/s，碰后总动量为__0.417__kg·m/s.

解析 (1)取研究对象运动情况比较稳定的一段计算其运动速度．

(2)碰撞前总动量p1＝mAvA＝0.40× kg·m/s＝0.420 kg·m/s，碰后总动量p2＝(mA＋mB)v＝(0.40＋0.20)× kg·m/s＝0.417 kg·m/s.

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3．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、D的气垫导轨和滑块A、B探究碰撞中的不变量，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：

a．用天平分别测出滑块A、B的质量mA、mB； b．调整气垫导轨，使导轨处于水平；

c．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；

d．用刻度尺测出A的左端至挡板C的距离L1；

e．按下电钮放开卡销，同时分别记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作，当A、B滑块分别碰撞挡板C、D时计时结束，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及其符号是__B的右端至挡板D的距离L2__. (2)作用前A、B两滑块质量与速度乘积之和为__0__；作用后A、B两滑块质量与速度乘积之和为__mA－mB__.

(3)作用前、后A、B两滑块质量与速度乘积之和并不完全相等，产生误差的原因有__见解析__.(至少答出两点)

解析 A、B两滑块被压缩的弹簧弹开后，在气垫导轨上运动时可视为匀速运动，因此只要测出A与C的距离L1、B与D的距离L2及A到C、B到D的时间t1和t2，测出两滑块的质量，就可以探究碰撞中的不变量．

(1)实验中还应测量的物理量为B的右端至挡板D的距离L2.

(2)设向左为正方向，根据所测数据求得两滑块的速度分别为vA＝，vB＝－.碰前两滑块静止，即v＝0，质量与速度乘积之和为零，碰后两滑块的质量与速度乘积之和为

mAvA＋mBvB＝mA－mB.

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(3)产生误差的原因

①L1、L2、t1、t2、mA、mB的数据测量误差； ②没有考虑弹簧推动滑块的加速过程；

③滑块并不是做标准的匀速直线运动，滑块与导轨间有少许摩擦力； ④气垫导轨不完全水平．

4．某同学利用打点计时器和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．

(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把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧，将纸带穿过打点计时器与弹射架并固定在滑块1的左端，调节打点计时器的高度，直至滑块拖着纸带移动时，纸带始终在水平方向；

④使滑块1挤压导轨左端弹射架上的弹簧； ⑤把滑块2放在气垫导轨的中间；

⑥先__接通打点计时器的电源__，然后__放开滑块1__，让滑块带动纸带一起运动．(滑块1与滑块2碰后会黏在一起)

⑦取下纸带，重复步骤④⑤⑥，选出理想纸带如图所示．

⑧测得滑块1的质量为m1＝310 g，滑块2(包括橡皮泥)的质量为m2＝205 g. 请完善实验步骤⑥.

(2)已知打点计时器每隔0.02 s打一个点，计算可知两滑块相互作用以前系统的总动量为__0.620__ kg·m/s，两滑块相互作用以后系统的总动量为__0.618__ kg·m/s.(保留三位有效数字)

(3)试说明(2)中两结果不完全相等的主要原因是__纸带与打点计时器限位孔之间有摩擦__.

解析 (1)实验前应先接通打点计时器的电源，再放开滑块；(2)作用前系统的总

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动量为滑块1的动量p0＝m1v0，由纸带知v0＝ m/s＝2 m/s，即p0＝0.620 kg·m/s；作用后系统的总动量为两滑块的动量和，且此时两滑块黏在一块，有相同的速度v，由纸带可知v＝ m/s＝1.2 m/s，所以此时的动量p＝(m1＋m2)v＝0.618 kg·m/s.

5．现利用图甲所示的装置验证动量守恒定律．在图甲中，气垫导轨上有A、B两个滑块，滑块A右侧带有一弹簧片，左侧与打点计时器(图中未画出)的纸带相连；滑块B左侧也带有一弹簧片，上面固定一遮光片，光电计时器(未完全画出)可以记录遮光片通过光电门的时间．

实验测得滑块A的质量m1＝0.310 kg，滑块B的质量m2＝0.108 kg，遮光片的宽度d＝1.00 cm；打点计时器所用交流电的频率f＝50.0 Hz.

将光电门固定在滑块B的右侧，启动打点计时器，给滑块A一向右的初速度，使它与B相碰．碰后光电计时器显示的时间为ΔtB＝3.500×10－3 s，碰撞前后打出的纸带如图乙所示．

若实验允许的相对误差绝对值(×100%)最大为5%，本实验是否在误差范围内验证了动量守恒定律？写出运算过程．

解析 按定义，物块运动的瞬间时的速度大小v为v＝，① 式中Δs为物块在短时间Δt内走过的路程． 设纸带上打出相邻两点的时间间隔为ΔtA，则 ΔtA＝＝0.02 s，② ΔtA可视为很短．

设A在碰撞前、后时速度大小分别为v0，v1.将②式和图上提供的实验数据代入①式得

v0＝2.00 m/s，③ v1＝0.970 m/s，④

设B在碰撞后的速度大小为v2，由①式得

v2＝，⑤

代入题给实验数据得v2＝2.86 m/s.⑥

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设两滑块在碰撞前、后的总动量分别为p和p′则p＝m1v0，⑦

p′＝m1v1＋m2v2，⑧

两滑块在碰撞前后总动量相对误差的绝对值为

δp＝||×100%，⑨

联立③④⑥⑦⑧⑨式并代入有关数据，得

δp＝1.7%<5%，

因此，本实验在允许的误差范围内验证了动量守恒定律． 答案 是在误差范围内，过程略