高考物理大一轮复习 第5讲 实验 验证动量守恒定律课时作业(选修35)

选修3－5 第5讲 实验 验证动量守恒定律

1．某同学用如图K13－5－1所示装置来验证动量守恒定律，让质量为m1的小球从斜槽某处由静止开始滚下，与静止在斜槽末端、质量为m2的小球发生碰撞．

图K13－5－1

(1)实验中必须要求的条件是( ) A．斜槽必须是光滑的 B．斜槽末端的切线必须水平

C．m1与m2的球心在碰撞瞬间必须在同一高度 D．m1每次必须从同一高度处滚下 (2)实验中必须测量的物理量是( ) A．小球的质量m1和m2 B．小球的起始高度h C．小球的半径R1和R2 D．小球飞行的时间t E．桌面离地面的高度H F．小球飞出的水平距离s 【答案】(1)BCD (2)AF

【解析】(1)实验中为保证小球做平抛运动，斜槽末端必须水平，要使两球碰后均平抛，两球心必须在同一高度，要保证小球m1碰前速度不变，m1每次必须从同一高度滚下，斜槽没必要保证光滑，故选项B、C、D正确．

(2)必须测量两球质量m1、m2和小球平抛的水平距离．

2．(多选)在“验证动量守恒定律”实验中，设入射球、被碰球的质量分别为m1、m2，半径分别为r1、r2，为了减小实验误差，下列说法正确的是( )

A．m1＝m2，r1＞r2 B．m1＞m2，r1＝r2

C．降低斜槽的高度 D．入射小球释放点要适当高一些 【答案】BD

【解析】为了避免碰撞后m1反向运动，必须使m1＞m2，为了使两球发生正碰并且碰后的

速度水平，必须使r1＝r2，入射球释放点适当高一些，使落点远一些，这样便于测量．

3．在“验证动量守恒定律”实验中，若称得入射球与被碰球的质量分别为m1＝30 g，

m2＝15 g，由实验得出它们的水平位移—时间图象如图K13－5－2所示的Ⅰ、Ⅰ′、Ⅱ′，

则由图可知入射小球在碰前的动量是__________kg·m/s，入射小球在碰后的动量是________kg·m/s，被碰小球的动量是________kg·m/s，由此可以得出结论：____________.

图K13－5－2

【答案】0.03 0.015 0.015 碰撞过程中系统动量守恒

20×10

【解析】由s－t图象，知入射小球的碰前速度v1＝m/s＝1 m/s，故动量p1＝m1v1

0.2＝30×10×1 kg·m/s＝0.03 kg·m/s；碰后两球的速度分别为v1′＝0.5 m/s，v2′＝1 m/s，故它们的动量分别为p1′＝30×10×0.5 kg·m/s＝0.015 kg·m/s，p2′＝15×10×1

－3

－3

－3

－2

kg·m/s＝0.015 kg·m/s；p1＝p1′，故动量守恒．

4．应用如图K13－5－3所示的2个装置都可以验证动量守恒定律，试比较这2个装置的不同点．

图K13－5－3

【答案】见解析

【解析】甲、乙二图都可以验证动量守恒定律，但乙图中去掉支柱，所以不同点如下： 甲图中入射小球飞出的水平距离应从斜槽的末端点在纸上的垂直投影点O算起(如图甲所示)，而被碰小球飞出的水平距离应从它的球心在纸上的垂直投影点O′算起，所以要测小球的直径，验证的公式是mA·OP＝mA·OM＋mB·O′N；而乙图中二球的水平距离都应从斜槽的末端点在纸上的垂直投影点O算起．

5．(2015年高州模拟)某同学用如图K13－5－4甲所示的装置通过半径相同的A、B 两球的碰撞来验证动量守恒定律．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 两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，图甲中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K13－5－4乙所示，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K13－5－4

(1)碰撞后B球的水平射程应取为________cm.

(2)下列选项中哪些是本次实验必须进行测量的量？________(填序号字母)． A．水平槽上未放B球时，A球落点位置到O点的距离 B．A球与B球碰撞后，A球落点位置到O点的距离 C．A球或B球的直径

D．A球和B球的质量(或两球质量之比) E．G点相对于水平槽面的高度 【答案】(1)64.7±0.1 (2)ABD

6．某同学用如图K13－5－5所示的装置做“验证动量守恒定律”实验，操作步骤如下：

图K13－5－5

①先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开始滚下，撞到木板，在记录纸上留下压痕O；

②将木板向右平移适当距离，再使小球a从原固定点由静止释放，撞到木板，在记录纸上留下压痕B；

③把半径相同的小球b静止放在斜槽轨道水平段的右边缘，让小球a仍从原固定点由静止开始滚下，与小球b相碰后，两球撞在木板上，并在记录纸上留下压痕A和C.

(1)本实验必须测量的物理量是________(填序号字母)． A．小球a、b的质量ma、mb B．小球a、b的半径r

C．斜槽轨道末端到木板的水平距离x

D．小球a的固定释放点到斜槽轨道末端的高度差h E．小球a、b离开斜槽轨道后做平抛运动的飞行时间t F．记录纸上O点到A、B、C的距离y1、y2、y3

(2)放上被碰小球，两球相碰后，小球a在图中的压痕点为________，小球b在图中的压痕点为________．

(3)用本实验中所测得的物理量来验证两球碰撞过程动量守恒，其表达式为____________________．

(4)利用该实验测得的物理量，也可以判断两球碰撞过程中机械能是否守恒．判断的依据是看__________与________________在误差允许的范围内是否相等．

(5)3个压痕点A、B、C距O点的距离OA、OB、OC与实验所用的小球质量是否有关？ ________________________________________________________________________. (6)为了减小实验误差，下列方法可行的是________(填序号字母)． A．让ma＜mb

B．适当增加h，使两球相碰时相互作用的内力更大 C．适当增加x，使两球落点位置到O点的距离更大 D．以上方法均不可行 【答案】(1)AF (2)C A (3)

mamambmamamb＝＋ (4) ＋ (5)OB与小球的质量无

y2y3y1y2y3y1关，OA和OC与小球的质量有关 (6)BC