高中物理第一章碰撞与动量守恒实验：验证动量守恒定律练习教科版选修3_5

实验：验证动量守恒定律
1．在实验室里为了验证动量守恒定律，一般采用如图甲、乙所示的两种装置．
(1)若入射小球质量为m1，半径为r1，被碰小球质量为m2，半径为r2，则________．
A．m1>m2，r1>r2B．m1>m2，r1<r2
C．m1>m2，r1＝r2D．m1<m2，r1＝r2
(2)若采用如图乙所示装置进行实验，以下所提供的测量工具中必需的是________．
A．直尺B．游标卡尺
C．天平D．弹簧测力计
E．停表
(3)设入射小球的质量为m1，被碰小球的质量为m2，则在用如图甲所示装置进行实验时(P为碰前入射小球落点的平均位置)，所得“验证动量守恒定律”的结论为________________．(用装置图中的字母表示)
解析：(1)为防止反弹造成入射球返回斜槽，要求入射球质量大于被碰球质量，即m1>m2，为使入射球与被碰球发生对心碰撞，要求两小球半径相同，故选项C正确．
(3)得出验证动量守恒定律的结论应为m1OP＝m1OM＋m2O′N.
答案：(1)C (2)AC (3)m1OP＝m1OM＋m2O′N
2．气垫导轨工作时，可忽略滑块与导轨表面间的阻力影响，现借助其验证动量守恒定律，在水平气垫导轨上放置质量均为m的A、B(图甲中未标出)两滑块，左侧滑块的左端、右侧滑块的右端分别与一条穿过打点计时器的纸带相连，打点计时器电源的频率为f.气垫导轨正常工作后，接通两个打点计时器的电源，待打点稳定后让两滑块以大小不同的速度相向运动，两滑块相碰后粘在一起继续运动．如图所示的乙和丙为某次实验打出的、分别与两个滑块相连的两条纸带，在纸带上以同间距的6个连续打点为一段划分纸带，用刻度尺分别测出其长度为s1、s2和s3.
(1)若碰前滑块A的速度大小大于滑块B的速度大小，则滑块________ (选填“A”或“B”)是与纸带乙的________(选填“左”或“右”)端相连．
(2)碰撞前A、B两滑块的动量大小分别为________、________，实验需要验证是否成立的表达式为________(用题目所给的已知量表示)．
解析：(1)因碰前A的速度大小大于B的速度大小，A、B的速度方向相反，且碰后速度相同，故根据动量守恒定律可知，乙中s1和丙中s3是两滑块相碰前打出的纸带，乙中s2是相碰后打出的纸带，所以滑块A应与乙纸带的左侧相连．
(2)碰撞前两滑块的速度大小分别为：
v 1＝s 1t ＝s 15T
＝0.2s 1f v 2＝s 3t
＝0.2s 3f 碰撞后两滑块的共同速度大小为：
v ＝s 2t
＝0.2s 2f 所以碰前两滑块动量大小分别为：
p 1＝mv 1＝0.2mfs 1，p 2＝mv 2＝0.2mfs 3，
碰前总动量为：p ＝p 1－p 2＝0.2mf (s 1－s 3)；
碰后总动量为：p ′＝2mv ＝0.4mfs 2.
要验证动量守恒定律，则一定有：0.2mf (s 1－s 3)＝0.4mfs 2.
答案：(1)A 左 (2)0.2mfs 1 0.2mfs 3 0.2mf (s 1－s 3)＝0.4mfs 2
3．如图所示，在实验室用两端带竖直挡板C 、D 的气垫导轨和带固定挡板的质量都是M 的滑块A 、B ，做“验证碰撞中的动量守恒”的实验：
a ．把两滑块A 和B 紧贴在一起，在A 上放质量为m 的砝码，置于导轨上，用电动卡销卡住A 和B ，在A 和B 的固定挡板间放一弹簧，使弹簧处于水平方向上的压缩状态．
b ．按下电钮使电动卡销放开，同时启动记录两滑块运动时间的电子计时器，当A 和B 与挡板C 和D 碰撞的同时，电子计时器自动停表，记下A 运动至C 的时间t 1，B 运动至D 的时间t 2.
c ．重复几次取t 1、t 2的平均值．
请回答以下几个问题：
(1)在调整气垫导轨时应注意___________________________________；
(2)应测量的数据还有_________________________________________；
(3)作用前A (包括砝码)、B 两滑块的总动量为________，作用后A (包括砝码)、B 两滑块的总动量为________．(用测量的物理量符号和已知的物理量符号表示)
解析：(1)为了保证滑块A 、B 作用后做匀速直线运动，必须使气垫导轨水平，需要用水平仪加以调试．
(2)要求出A (包括砝码)、B 两滑块在电动卡销放开后的速度，需测出A (包括砝码)至C 的时间
t 1和B 至D 的时间t 2，并且要测量出两滑块到两挡板的运动距离L 1和L 2，再由公式v ＝x t
求出其速度．
(3)设向左为正方向，根据所测数据求得A (包括砝码)、B 两滑块的速度分别为v A ＝L 1
t 1
，v B ＝－
L 2t 2.作用前两滑块静止，总动量为0；作用后两滑块的总动量为(M ＋m )L 1t 1－M L 2t 2
.若设向右为正方向，同理可得作用后两滑块的总动量为M L 2t 2－(M ＋m )L 1t 1.
答案：(1)使气垫导轨水平
(2)A 至C 的距离L 1、B 至D 的距离L 2
(3)0 (M ＋m )L 1t 1－M L 2t 2或M L 2t 2－(M ＋m )L 1t 1
4．如图所示为“验证碰撞中的动量守恒”的实验装置示意图．已知a 、b 小球的质量分别为m a 、m b ，半径分别是r a 、r b ，图中P 点为单独释放a 球的落点的平均位置，M 、N 是a 、b 小球碰撞后落点的平均位置．
(1)本实验必须满足的条件是________．
A ．斜槽轨道必须是光滑的
B ．斜槽轨道末端的切线水平
C ．入射小球每次都从斜槽上的同一位置无初速度释放
D ．入射球与被碰球满足m a ＝m b ，r a ＝r b
(2)为了验证动量守恒定律，需要测量OP 间的距离x 1，还需要测量的物理量有________、________(用相应的文字和字母表示)．
(3)如果动量守恒，需满足的关系式是________(用装置图中的字母表示)．
答案：(1)BC (2)OM 间的距离x 2 ON 间的距离x 3 (3)m a OP ＝m a OM ＋m b ON
5．某物理兴趣小组利用如图甲所示的装置进行“验证动量守恒定律”的实验．在足够大的水平平台上的A 点放置一个光电门，水平平台上A 点右侧表面摩擦很小，可忽略不计，左侧为粗糙水平面．采用的实验步骤如下：
A ．在小滑块a 上固定一个宽度为d 的窄挡光条；
B ．用天平分别测出小滑块a (含挡光条)和小球b 的质量m a 、m b ；
C ．在a 和b 间用细线(未画出)连接，中间夹一被压缩了的水平轻短弹簧，静止放置在平台上；
D ．细线烧断后，a 、b 瞬间被弹开，向相反方向运动；
E ．记录滑块a 通过光电门时挡光条的遮光时间t ；
F ．小球b 从平台边缘飞出后，落在水平地面上的B 点，用刻度尺测出平台距水平地面的高度h 及平台边缘重垂线与B 点之间的水平距离s b ；
G ．改变弹簧压缩量，进行多次测量．
(1)用螺旋测微器测量挡光条的宽度，如图乙所示，则挡光条的宽度为_____ mm.
(2)该实验要验证动量守恒定律，则只需验证两物体a 、b 弹开后的动量大小相等，即________
＝________.(用上述实验所涉及物理量的字母表示，当地重力加速度为g )
解析：(1)螺旋测微器的固定刻度读数为2.5 mm ，可动刻度读数为0.01×5.0 mm ＝0.050 mm ，所以最终读数为：2.5 mm ＋0.050 mm ＝2.550 mm.
(2)烧断细线后，a 向左运动，经过光电门，根据速度公式可知，a 经过光电门的速度大小为v a ＝d t
b 离开平台后做平抛运动，根据平抛运动规律可得：
h ＝12gt 2，s b ＝v b t
解得：v b ＝s b g
2h
若动量守恒，设向右为正方向，则有：0＝m b v b －m a v a
即m a d
t ＝m b s b g
2h .
答案：(1)2.550 (2)m a d t m b s b g
2h。