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2025版高考物理一轮复习练习题含答案解析
实验八验证动量守恒定律
实验装置图
操作要领
注意事项
(1)斜槽末端的切线必须水平。
(2)入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放。
(3)选质量较大的小球作为入射小球。
(4)实验过程中实验桌、斜槽、记录的白纸的位置要始终保持不变。
1.用天平测出两小球的质量,并选定质量大的小球为入射小球。
2.按照图甲所示安装实验器材。调整、固定斜槽使斜槽底端水平。
3.白纸在下,复写纸在上且在适当位置铺放好。记下重垂线所指的位置O。
4.不放被碰小球,让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下,重复10次。用圆规画尽量小的圆把小球所有的落点都圈在里面。圆心P就是小球落点的平均位置。
5.把被碰小球放在斜槽末端,让入射小球从斜槽同一高度自由滚下,使它们发生碰撞,重复实验10次。用步骤(4)的方法,标出碰后入射小球落点的平均位置M和被碰小球落点的平均位置N,如图乙所示。
6.连接ON,测量线段OP、OM、ON的长度。将测量数据填入表中。最后代入m1·eq\o(OP,\s\up6(-))=m1·eq\o(OM,\s\up6(-))+m2·eq\o(ON,\s\up6(-)),看在误差允许的范围内是否成立。
考点一教材原型实验
例1(2023·江苏省阜宁中学模拟)某同学利用如图1所示装置研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒:
图1
(1)下列要求和操作,正确的是________。
A.斜槽末端要水平
B.斜槽表面要光滑
C.小球落到的地面要水平
D.用秒表记录小球下落时间
(2)入射小球1与被碰小球2应该选择:质量m1________m2、半径R1________R2(选填“大于”“等于”或“小于”)。
(3)被测小球的质量为________g;
图2
(4)小球1、2的质量分别为m1、m2,用刻度尺分别测量三个落点的平均位置离O点的距离,即线段OM、OP、ON的长度L1、L2、L3,当满足关系式________时,说明碰撞过程中动量守恒。
(5)将小球1从斜槽上某点(做标记)滚下,直接离开斜槽落地称为第一次操作;小球1从斜槽上原位置(标记处)滚下,跟小球2碰撞后离开斜槽落地称为第二次操作;如果在第二次操作时,发现在第一次操作中,槽的末端是不水平的,有些向上倾斜,于是把它调为水平,调整后的斜槽末端离地面高度跟原来相同。然后让小球在斜槽上原标记位置滚下进行第二次操作,分析时仍然和第一次操作的数据进行比较,其他实验操作都正确,且调节斜槽引起小球在空中运动时间的变化可忽略不计。该实验可能会得到怎样的结果________________________?说明道理______________________________________________________________________
______________________________________________________________________。
答案(1)AC(2)大于等于(3)38.4
(4)m1L2=m1L1+m2L3(5)碰撞前的总动量小于碰撞后的总动量见详解
解析(1)为了保证小球做平抛运动,斜槽末端需要调节水平,故A正确;只要保证小球每次从斜槽同一位置静止释放,小球碰撞前的速度就一样,斜槽轨道是否光滑不影响,故B错误;本实验需要测量小球做平抛运动的水平位移,故小球落到的地面要水平,故C正确;小球做自由落体运动的高度一样,所用时间一样,不需要用秒表记录小球下落时间,故D错误。
(2)为了保证入射小球1与被碰小球2碰撞后,入射小球1不会反弹,需要选择m1大于m2;
为了保证入射小球1与被碰小球2发生对心碰撞,需要选择半径R1等于R2。
(3)由题图可知被测小球的质量为
m=(20+10+5+3.4)g=38.4g。
(4)根据平抛运动可知,落地高度相同,则运动时间相同,设下落时间为t,则
v0=eq\f(OP,t)=eq\f(L2,t),v1=eq\f(OM,t)=eq\f(L1,t),v2=eq\f(ON,t)=eq\f(L3,t)
而动量守恒的表达式为m1v0=m1v1+m2v2
联立可得当满足关系式m1L2=m1L1+m2L3
说明碰撞过程中动量守恒。
(5)该实验可能会得到的结果是:碰撞前的总动量小于碰撞后的总动量;由于槽的末端不是水平的,而是有些向上倾斜,那么小球抛出后做斜抛运动,水平速度变小,且小球在空中运动时间的变化可忽略不计,所用第一次小球的水平位移变小,即L2′L2,则有m1L2′m1L2=m1L1+m2L3
故可能会得到碰撞前的总动量小于碰撞后的总动量。
考点二实验方案创新
例2(2022·全国甲卷,23)利用图示3的实验装置对碰撞过程进
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