2020高考物理一轮复习基础测试题 (23) 精品

1.
某同学把两块大小不同的木块用细线连接，中间夹一被压缩了的轻质弹簧，如图所示，将这一系统置于光滑的水平桌面上，烧断细线，观察物体的运动情况，进行必要的测量，验证物体间相互作用时动量守恒．
(1)该同学还必须有的器材是______________．
(2)需要直接测量的数据是______________．
(3)用所得数据验证动量守恒的关系式是________________．
解析：这个实验的思路与课本上采用的实验的原理完全相同，也是通过测平抛运动的位移来代替它们作用完毕时的速度．
答案：(1)刻度尺、天平(2)两物体的质量m1、m2和两木块落地点分别到桌子两侧边的水平距离x1、x2
(3)m1x1＝m2x2
2．如
图所示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 和D的气垫导轨以及滑块A和B来验证动量守恒定律，实验装置如图所示(弹簧的长度忽略不计)，采用实验步骤如下：
a．用天平分别测出滑块A、B的质量m A、m B.
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，用电动卡锁锁定，静止放置在气垫导轨上．d．用刻度尺测出A的左端至C板的距离L1.
e．按下电钮放开卡锁，同时使分别记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作．当A、B 滑块分别碰撞C、D挡板时停止计时，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是__________________．
(2)利用上述测量的实验数据，验证动量守恒定律的表达式是________，上式中算得的A、B两滑块的动量大小并不完全相等，产生误差的原因是______．
解析：(1)实验要验证A、B被弹簧弹离后动量大小是否相同，必须计算出两滑块的速度，因此实验过程中还必须测出B的右端至D板的距离L2.
(2)表达式：m A L1
t1
－m B
L2
t2
＝0，两滑块的动量大小并不完全相等，产生误差的原因有：测量
时间、距离等存在误差、阻力、气垫导轨不水平等．
答案：见解析
3．如图所示是用来验证动量守恒的实验装置，弹性球1用细线悬挂于O点，O点正下方桌子的边沿有一竖直立柱．实验时，调节悬点，使弹性球1静止时恰与立柱上的
球2接触且两球等高．将球1拉到A点，并使之静止，同时把球2放在立柱上．释放球1，当它摆到悬点正下方时与球2发生对心碰撞．碰后球1向左最远可摆到B点，球2落到水平地面上的C点．测出有关数据即可验证1、2两球碰撞时动量守恒．现已测出A点离水平桌面的距离为a.B点离水平桌面的距离为b，C点与桌子边沿间的水平距离为c.此外：
(1)还需要测量的量是________、________和________．
(2)根据测量的数据，该实验中动量守恒的表达式为________.(忽略小球的大小)
解析：(1)要验证动量守恒必须知道两球碰撞前后的动量变化，根据弹性球1碰撞前后的高度a和b，由机械能守恒可以求出碰撞前后的速度，故只要再测量弹性球1的质量m1，就能求出弹性球1的动量变化；根据平抛运动的规律只要测出立柱高h和桌面高H就可以求出弹性球2碰撞前后的速度变化，故只要测量弹性球2的质量和立柱高h、桌面高H就能求出弹性球2的动量变化．
(2)根据(1)的解析可以写出动量守恒的方程为
2m1a－h＝2m1b－h＋m2
c
H＋h
.
答案：(1)弹性球1、2的质量m1、m2立柱高h桌面高H(2)2m1a－h＝2m1b－h＋
m2
c
H＋h 4．用
如图所示的装置进行以下实验：
A．先测出滑块A、B的质量M、m及滑块与桌面间的动摩擦因数μ，查出当地的重力加速度g.
B．用细线将滑块A、B连接，使A、B间的弹簧压缩，滑块B紧靠在桌边．
C．剪断细线，测出滑块B做平抛运动落地时到重垂线的水平位移x1和滑块A沿桌面滑行距离x2.
(1)为验证动量守恒，写出还须测量的物理量及表示它的字母：_______.
(2)动量守恒的表达式为__________________________．
解析：设弹开时B、A的速度大小分别为vB、vA则由动量守恒得：
mvB＝MvA①
又x2＝vA2
2μg
②
vB＝
x
1
2h g
③
联立可得：M2μgx2＝mx1g
2h .
从表达式看，只需要再测量h即可．
答案：(1)桌面离地面高度h(2)M2μgx2＝mx1g 2h
5．(2020年辽宁模拟)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，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成．在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔，向导轨空腔内不断通入压缩空气，空气会从小孔中喷出，使滑块稳定地漂浮在导轨上，这样就大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差．
(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橡皮绳；
⑤把滑块2放在气垫导轨的中间；
⑥先________，然后________，让滑块带动纸带一起运动；
⑦取下纸带，重复步骤④⑤⑥，选出理想的纸带如图(b)所示；
⑧测得滑块1的质量310 g ，滑块2(包括橡皮泥)的质量为205 g.
完善实验步骤⑥的内容．
(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________kg·m/s；两滑块相互作用以后系统的总动量为________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___________.
解析：(1)实验时应先接通打点计时器的电源，再放开滑块．
(2)作用前系统的总动量为滑块1的动量p 0＝m 1v 0.
v 0＝0.20.1 m/s ＝2 m/s ，p 0＝0.31×2 kg·m/s＝0.620 kg·m/s.作用后系统的总动量为滑块1和滑块2的动量和，且此时两滑块具有相同的速度v ，v ＝0.1680.14
m/s ＝1.2 m/s ，p ＝(m 1＋m 2)v ＝(0.310＋0.205)×1.2 kg·m/s＝0.618 kg·m/s.
(3)存在误差的主要原因是纸带与打点计时器限位孔有摩擦．
答案：(1)接通打点计时器的电源 放开滑块1 (2)0.620
0．618 (3)纸带与打点计时器限位孔有摩擦
6．某同学利用如图所示的装置验证动量守恒定律．图中两摆摆长相同，悬挂于同一高度，A 、B 两摆球均很小，质量之比为1∶2.当两摆均处于自由静止状态时，其侧面刚好接触．向右上方拉动B 球使其摆线伸直并与竖直方向成45°角，然后将其由静止释放．结果观察到两摆球粘在一起摆动，且最大摆角成30°.若本实验允许的最大误差为±4%，此实验是否成功地验证了动量守恒定律？
解析：设摆球A 、B 的质量分别为m A 、m B ，摆长为l ，B 球的初始高度为h 1，碰撞前B 球的速度为v B .在不考虑摆线质量的情况下，根据题意及机械能守恒定律得
h 1＝l (1－cos 45°)①
12
m B v 2B ＝m B gh 1② 设碰撞前、后两摆球的总动量的大小分别为p 1、p 2
有p 1＝m B v B ③
联立①②③式得p 1＝m B 2gl
1－cos 45°④ 同理可得p 2＝(m A ＋m B )2gl 1－cos 30°⑤
联立④⑤式得p 2p 1＝m A ＋m B m B 1－cos 30°1－cos 45°
⑥ 代入已知条件得⎝ ⎛⎭⎪⎫p 2p
12≈1.03⑦ 由此可以推出⎪⎪⎪⎪
⎪⎪p 2－p 1p 1≈1.4%＜4% 所以，此实验在规定的范围内验证了动量守恒定律． 答案：见解析。