2023版新教材高考物理微专题小练习专题42实验：验证动量守恒定律

专题42 实验：验证动量守恒定律
1．[2022·广东省六校第三次联考]一个物理学习小组利用图甲所示的装置和手机拍摄的连拍功能(相邻两张照片拍摄的时间间隔相同)来验证动量守恒定律．其实验步骤如下：
a．用天平测出A、B两个小球的质量m A、m B(m A>m B)；
b．把坐标纸紧贴在木板上，固定木板和斜槽在同一竖直面上，使斜槽末端保持水平，调整好手机的位置使摄像头正对坐标纸；
c．让入射小球在斜槽上的P点由静止释放，小球离开斜槽后，启动手机连拍功能进行拍摄，选择小球在空中运动时的相邻两张照片，在坐标纸上记录下小球的位置，如图乙所示；
d．更换新的坐标纸，将被碰小球放在斜槽末端，
________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________；
e．两小球离开斜槽后，再次启动手机连拍功能进行拍摄，选择两球同时在空中运动时的相邻两张照片，在坐标纸上记录小球的位置，如图丙所示；
根据实验回答以下问题：
(1)把实验d补充完整；
(2)实验中放在斜槽末端的小球是________(选填“A”或“B”)；
(3)若小球碰撞过程中动量守恒，则成立的表达式为：________________(从“m A”“m B”“x0”“y0”“x1”“y1”“x2”“y2”中选择恰当的物理量表示).
2．[2020·全国卷Ⅰ]某同学用如图所示的实验装置验证动量定理，所用器材包括：气垫导轨、滑块(上方安装有宽度为d的遮光片)、两个与计算机相连接的光电门、砝码盘和砝码等．
实验步骤如下：
(1)开动气泵，调节气垫导轨，轻推滑块，当滑块上的遮光片经过两个光电门的遮光时间________时，可认为气垫导轨水平；
(2)用天平测砝码与砝码盘的总质量m 1、滑块(含遮光片)的质量m 2； (3)用细线跨过轻质定滑轮将滑块与砝码盘连接，并让细线水平拉动滑块；
(4)令滑块在砝码和砝码盘的拉动下从左边开始运动，和计算机连接的光电门能测量出遮光片经过A 、B 两处的光电门的遮光时间Δt 1、Δt 2及遮光片从A 运动到B 所用的时间t 12；
(5)在遮光片随滑块从A 运动到B 的过程中，如果将砝码和砝码盘所受重力视为滑块所受拉力，拉力冲量的大小I ＝______，滑块动量改变量的大小Δp ＝______；(用题中给出的物理量及重力加速度g 表示)
(6)某次测量得到的一组数据为：d ＝1.000 cm ，m 1＝1.50×10－2
kg ，m 2＝0.400 kg ，Δt 1＝3.900×10－2
s ，Δt 2＝1.270×10－2
s ，t 12＝1.50 s ，取g ＝9.80 m /s 2.计算可得I ＝________
N ·s ，Δp ＝________ kg ·m ·s －1；(结果均保留3位有效数字)
(7)定义δ＝⎪⎪
⎪⎪
⎪
⎪I －Δp I ×100%，本次实验δ＝________%(保留1位有效数字).
3．[2022·江苏省徐州市期中抽测]某同学利用气垫导轨上滑块间的碰撞来验证动量守恒定律，滑块1上安装遮光片，光电计时器可以测出遮光片经过光电门的遮光时间，滑块质量可以通过天平测出，实验装置如图甲所示．
(1)游标卡尺测量遮光片宽度如图乙所示，其宽度d ＝________ cm .
(2)打开气泵，待气流稳定后，将滑块1轻轻从左侧推出，发现其经过光电门1的时间比光电门2的时间短，应该调高气垫导轨的________端(填“左”或“右”)，直到通过两个光电门的时间相等，即轨道调节水平．
(3)在滑块上安装配套的粘扣．滑块2(未安装遮光片，质量m 2＝120.3 g)静止在导轨上，轻推滑块1(安装遮光片，质量m 1＝174.5 g )，使其与滑块2碰撞，记录碰撞前滑块1经过
光电门1的时间Δt1，以及碰撞后两滑块经过光电门2的时间Δt2.重复上述操作，多次测量得出多组数据如下表：
根据表中数据在方格纸上作出
Δt2­
Δt1
图线．若根据图线得到的斜率k1数值近似等
于k2＝________．(用m1、m2表示)即可验证动量守恒定律．
(4)多次试验，发现k1总大于k2，产生这一误差的原因可能是________．
A．滑块2的质量测量值偏大
B．滑块1的质量测量值偏大
C．滑块2未碰时有向右的初速度
D．滑块2未碰时有向左的初速度
专题42 实验：验证动量守恒定律
1．(1)让入射小球从P点由静止开始释放，使两球正碰(2)B
(3)m A x0＝m A x1＋m B x2
解析：(1)为了让小球入射速度不变，所以让入射小球从P点由静止开始释放，使两球
正碰；
(2)实验中放在斜槽末端的小球是被碰小球B .
(3)碰撞时应有m A v 0＝m A v A ＋m B v B ，由平抛运动规律有x ＝vt ，小球从相同高度落下，故时间相等，上式中两边同乘以t ，则有m A x 0＝m A x 1＋m B x 2.
2．(1)相等 (5)m 1gt 12 m 2⎝ ⎛⎭
⎪
⎫d Δt 2－d Δt 1
(6)0.221 0.212 (7)4
解析：(1)滑块在气垫导轨上运动时可认为阻力为零，当导轨水平放置时滑块匀速运动，遮光片通过两光电门的遮光时间相等．(5)将砝码和砝码盘所受重力作为滑块所受拉力时，由冲量定义可知I ＝m 1gt 12.滑块通过两光电门时的速度大小分别为v A ＝d Δt 1、v B ＝d
Δt 2，故此
过程中滑块动量改变量的大小为Δp ＝m 2v B －m 2v A ＝m 2⎝
⎛⎭
⎪
⎫d Δt 2－d Δt 1.(6)将数据代入上述表达
式可得I ≈0.221 N ·s 、Δp ≈0.212 kg ·m/s.(7)由定义得δ＝⎪⎪
⎪⎪
⎪
⎪I －Δp I ×100%＝4%.
3．(1)2.850 (2)左 (3)见解析图
m 1
m 1＋m 2
(4)AC
解析：(1)游标卡尺的读数为28mm ＋10×0.05 mm ＝28.50 mm ＝2.850 cm.
(2)滑块经过光电门1的时间比光电门2的时间短，说明滑块做减速运动，是由于气垫导轨左侧低造成的，应将左端调高．
(3)作出1Δt 2－1
Δt 1
图线如图所示，
若满足动量守恒，则有m 1v 1＝(m 1＋m 2)v 2，且v 1＝d Δt 1，v 2＝d
Δt 2，
整理得
1Δt 2＝m 1m 1＋m 2·1Δt 1，k 2＝m 1
m 1＋m 2
. (4)若滑块2的质量测量值偏大，则计算值k 2偏小，则有k 1>k 2，A 正确；若滑块1的质量测量值偏大，则计算值k 2偏大，则有k 1<k 2，B 错误；若滑块2未碰时有向右的初速度，
则碰后动量值偏大，即1
Δt2
偏大，则k1偏大，k1>k2，C正确；若滑块2未碰时有向左的初速
度，则碰后动量值偏小，即
1
Δt2
偏小，则k1偏小，k1<k2，D错误．。