高中物理选择性必修第一册课后习题 第一章 4.实验 验证动量守恒定律 (2).docVIP

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4.实验:验证动量守恒定律

课后训练巩固提升

基础巩固

1.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点是小球抛出点在水平地面上的投影。实验时,先让入射小球多次从倾斜轨道上S位置由静止释放,找到其平均落地点的位置,并记下此位置距O点的距离;然后把被碰小球静置于水平轨道末端,再将入射小球从倾斜轨道上S位置由静止释放,与被碰小球相撞,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m1m2

B.实验中要求倾斜轨道必须光滑

C.如果等式m1212x2成立,可验证两小球碰撞过程动量守恒

答案C

解析实验中要求两小球半径相等,且为了防止出现入射小球反弹,入射小球的质量要大于被碰小球的质量,即m1m2,故A错误;实验中要求倾斜轨道不需要光滑,只要入射小球每次从同一点由静止滑下即可,故B错误;两小球离开轨道后做平抛运动,由于两小球抛出点的高度相同,它们在空中的运动时间t相等,它们的水平位移x与其初速度成正比,可以用两小球的水平位移代替两小球的初速度,若两小球相碰前后的动量守恒,则有m1v0=m1v1+m2v2,又x2=v0t,x1=v1t,12x3,故C正确,D错误。

2.某同学设计了一个用打点计时器“探究碰撞中的不变量”的实验:在小车A的前端粘有橡皮泥,在小车A后连着纸带,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相碰并粘合成一体,继续做匀速运动,他设计的具体装置如图(a)所示。

(a)

(b)

(1)长木板右端下面垫放一小木片的目的是。?

(2)若已获得的打点纸带如图(b)所示,A处为运动的起点,各计数点间距分别记为AB、BC、CD和DE,用天平测得A、B两车的质量分别为mA、mB,则需验证的表达式为。?

答案(1)平衡摩擦力

(2)mA·BC=(mA+mB)·DE

解析(1)长木板右端下面垫放一小木片,目的是平衡摩擦力,使小车拖着纸带在木板上能做匀速运动。

(2)由于碰撞之后共同匀速运动的速度小于碰撞之前小车A独自运动的速度,故AC应在碰撞之前,DE应在碰撞之后;推动小车A由静止开始运动,故小车A有个加速过程,在碰撞前做匀速直线运动,即在相同的时间内通过的位移相同,BC段为匀速运动的阶段,故选BC计算碰前的速度;碰撞过程是一个变速运动的过程,而A和B碰后共同运动时做匀速直线运动,在相同的时间内通过相同的位移,故应选DE段来计算碰后共同的速度;碰前系统的动量p1=mAvA=mABC

碰后的总动量p2=(mA+mB)v共=(mA+mB)DE

所以需验证的表达式为mABC6T=(mA+mB)

即mA·BC=(mA+mB)·DE。

能力提升

1.某班物理兴趣小组采用如图所示的装置来“验证动量守恒定律”。将一段不可伸长的轻质小绳一端与力传感器(可以实时记录绳所受的拉力)相连固定在O点,另一端连接小钢球A(绳长远大于小钢球半径),把小钢球拉至M处可使绳水平拉紧。在小钢球最低点N右侧放置有一水平气垫导轨,气垫导轨上放有小滑块B(B上安装宽度较小且质量不计的遮光板)、光电门(已连接数字计时器)。当地的重力加速度为g。

某同学按上图所示安装气垫导轨、滑块B(调整滑块B的位置使小钢球自由下垂静止在N点时与滑块B接触而无压力)和光电门,调整好气垫导轨高度,确保小钢球A通过最低点时恰好与滑块B发生正碰。让小钢球A从某位置静止释放,摆到最低点N与滑块B碰撞,碰撞后小钢球A并没有立即反向,碰撞时间极短。

(1)为完成实验,除了数字计时器读数Δt、碰撞前瞬间绳的拉力F1、碰撞结束瞬间绳的拉力F2、滑块B的质量mB和遮光板宽度d外,还需要测量的物理量有。?

A.小钢球A的质量mA

B.绳长L

C.小钢球从M到N运动的时间

(2)滑块B通过光电门时的瞬时速度vB=。(用题中已给的物理量符号来表示)?

(3)实验中需验证的表达式是。(用题中已给的物理量符号来表示)?

答案(1)AB

(2)d

(3)F1mA

解析滑块B通过光电门时的瞬时速度vB=d

根据牛顿第二定律得F1-mAg=mAv12L,F2-mA

若动量守恒,应满足mAv1=mAv2+mBvB

整理得F1mA

所以还需要测量小钢球A的质量mA以及绳长L。

2.如图(a)所示,冲击摆是一个用细线悬挂着的摆块,弹丸击中摆块时陷入摆块内,使摆块摆至某一高度,利用这种装置可以测出弹丸的发射速度。

(a)

(b)

实验步骤如下:

①用天平测出弹丸的质量m和摆块的质量M;

②将实验装置水平放