(北京专用)2020版高考物理总复习第七章第4讲实验：验证动量守恒定律精练(含解析)

第4讲 实验:验证动量守恒定律

A组 基础巩固

1.(2017丰台二模)如图所示,用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律,即验证两个小球在水平轨道末端碰撞前后的动量守恒。入射小球质量为m1,被碰小球质量为m2。O点是小球抛出点在地面上的垂直投影。实验时,先让入射球m1多次从倾斜轨道上S位置静止释放,找到其平均落地点的位置,并记下此位置距O点的距离。然后把被碰小球m2静止于水平轨道末端,再将入射小球m1从倾斜轨道上S位置静止释放,与小球m2相撞,多次重复此过程,并分别找到它们平均落点的位置距O点的距离。则下列说法正确的是( )

A.实验中要求两小球半径相等,且满足m1

C.如果等式m1x3=m1x1+m2x2成立,可验证两小球碰撞过程动量守恒

D.如果等式m1 =m1 +m2 成立,可验证两小球发生的是弹性碰撞

答案 D 实验中,小球要对心碰撞,小球m1撞过小球m2后一起向前运动,所以m1>m2,A错;实验中对倾斜轨道是否光滑无要求,B错;若m1x2=m1x1+m2x3成立,可验证动量守恒,C错。

2.某同学用半径相同的两个小球a、b来研究碰撞问题,实验装置示意图如图所示,O点是小球水平抛出点在水平地面上的垂直投影。实验时,先让入射小球a多次从倾斜轨道上的某一确定位置由静止释放,从水平轨道的右端水平抛出,经多次重复上述操作,确定出其平均落地点的位置P;然后,把被碰小球b置于水平轨道的末端,再将入射小球a从倾斜轨道上的同一位置由静止释放,使其与小球b对心正碰,多次重复实验,确定出a、b相碰后它们各自的平均落地点的位置M、N;分别测量平抛射程OM、ON和OP。已知a、b两小球质量之比为6∶ ,在实验误差允许范围内,下列说法中正确的是 ( )

A.a、b两个小球相碰后在空中运动的时间之比为OM∶ON B.a、b两个小球相碰后落地时重力的瞬时功率之比为6OM∶ON C.若a、b两个小球在碰撞前后动量守恒,则一定有6ON=6OM+OP D.若a、b两个小球的碰撞为弹性碰撞,则一定有OP+OM=ON 答案 D 两小球碰后均做平抛运动,下落高度h相同,

因为 =h,所以t相同,A项错误;

落地时重力的功率PG=mgvy,vy相同,所以PG之比等于质量之比等于6∶ ,故B项错误; 由动量守恒有ma·OP=mb·ON+ma·OM, 6·OP=6·OM+ON,所以C项错误; 两小球发生弹性碰撞,动能守恒

2

maOP=mb·ON+ma·OM,

2

2

2

2

2

6·OP=ON+6·OM,联立可得OP+OM=ON,D项正确。 3.在用如图甲所示的装置研究碰撞中的动量守恒的实验中:

(1)用游标卡尺测量直径相同的入射球与被碰球的直径,测量结果如图乙所示,则球的直径为 cm。

(2)实验中小球的落点情况如图丙所示,入射球A与被碰球B的质量比mA∶mB= ∶ ,则实验中碰撞结束时刻两球动量大小之比pA∶pB= 。

甲 乙

丙

答案 (1)2.14 ( ) ∶

解析 (1)游标卡尺的读数为: mm+4×0. mm= .4 mm= . 4 cm;

(2)根据图中数据,可知碰撞结束时刻两球的动量之比为: = =×

·

· . 0

4 .64-

=× . 0

4 .64- . 4

=。

4.(2018海淀一模节选)某同学用图所示的“碰撞实验装置”研究直径相同的两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。

①在实验中小球速度不易测量,可通过仅测量 解决这一问题。 A.小球做平抛运动的时间 B.小球做平抛运动的水平距离 C.小球做平抛运动的初始高度 D.小球释放时的高度

②图中PQ是斜槽,QR为水平槽,R为水平槽末端。利用铅垂线在记录纸上确定R的投影点O。实验时先使A球从斜槽上G处由静止开始滚下,落到位于水平地面的记录纸上,留下痕迹;此后,再把B球放在R处,将A球再从G处由静止释放,与B球碰撞后在记录纸上分别留下A、B两球落点痕迹。由测量可知,碰撞前A球做平抛运动的水平距离为x0;碰撞后,A、B两球做平抛运动的水平距离分别为x1、x2。用天平称量A、B两球的质量分别为mA、mB。若两球相碰前后的动量守恒,其表达式可表示为 (用题目给出的物理量符号表示)。 答案 ①B ②mAx0=mAx1+mBx2

解析 ①本实验应用了等效替代法,由于小球下落高度相同,即下落时间相同,所以由x=vt知水平位移可代替速度。

②由于两球相碰前后动量守恒,则表达式为mAx0=mAx1+mBx2。

B组 综合提能

1.(2017昌平二模)某同学用图甲所示的实验装置验证碰撞中的动量守恒定律,他用两个完全相同的小钢球A、B进行实验,首先该同学使球A自斜槽某一高度由静止释放,从槽的末端水平飞出,测出球A落在水平地面上的点P与球飞出点在地面上竖直投影O的距离LOP。然后该同学使球A自同一高度由静止释放,在槽的末端与静止的球B发生非对心弹性碰撞,如图乙。碰撞后两球向不同方向运动,测出两球落地点M、N与O点间的距离LOM、LON,该同学多次重复上述实验过程,并将测量值取平均值。在忽略小球半径的情况下,对该实验的结果,分析正确的是( )

A.LOP=LOM+LON

B. = +

C.OM、ON与OP间的夹角大小一定相等 D.OM与ON间夹角大小与两球碰撞的方向有关