2019年秋人教版高二物理选修3-5：《验证动量守恒定律》同步练习题卷

验证动量守恒定律

1.(多选)如图1在利用悬线悬挂等大小球进行验证动量守恒定律的实验中，下列说法正确的是( )

图1

A.悬挂两球的线长度要适当，且等长

B.由静止释放小球以便较准确地计算小球碰前的速度

C.两小球必须都是刚性球，且质量相同

D.两小球碰后可以粘合在一起共同运动

解析　两线等长能保证两球正碰，以减小实验误差，所以A 正确；由于计算碰撞前速度时用到了mgh ＝mv 2－0，即12

初速度为0，B 正确；本实验中对小球的弹性性能无要求，C 错误；两球正碰后，有各种运动情况，所以D 正确。答案　ABD

2.如图2所示为“验证碰撞中的动量守恒”实验装置示意图。

图2

(1)入射小球1与被碰小球2直径相同，均为d ，它们的质量相比较，应是m 1________m 2。

(2)为了保证小球做平抛运动，必须调整斜槽使_____________________________

____________________________________________________________________。

(3)继续实验步骤为：

A.在地面上依次铺白纸和复写纸。

B.确定重垂线对应点O 。

C.不放小球2，让小球1从斜槽滑下，确定它的落地点位置P 。

D.把小球2放在立柱上，让小球1从斜槽滑下，与小球2正碰后，确定小球1和小球2的落地点位置M 和N 。

E.用刻度尺量OM 、OP 、ON 的长度。

F.看m 1＋m 2与m 1是否相等，以验证动量守恒。

OM —— ON —— OP ——

上述步骤有几步不完善或有错误，请指出并写出相应的正确步骤_____________________________________________________________________

____________________________________________________________________。

解析　(1)入射小球1与被碰小球2直径相同，即d 1＝d 2，为防止两小球碰撞后入射小球反弹，入射小球质量应大于被碰小球质量，即m 1>m 2。

(2)要使小球做平抛运动，则斜槽的末端切线必须水平。

(3)为使小球1离开斜槽时的初速度相等，每次释放小球1时应从同一高度由静止释放，故步骤D 不完善；两球离开斜槽后做平抛运动，它们抛出点的高度相等，在空中的运动时间t 相等，若碰撞过程动量守恒，则有m 1v 1＝m 1v 1′＋m 2v 2′，两边同乘以t 得m 1v 1t ＝m 1v 1′t ＋m 2v 2′t ，由两小球直径均为d 可得m 1＝m 1＋m 2(－d )，故步骤F OP —— OM —— ON ——

错误。

答案　(1)>　(2)斜槽末端切线水平　

(3)D 不完善，小球1应从斜槽的同一高度由静止释放

F 错误，应验证m 1＝m 1＋m 2(－d )

OP —— OM —— ON —— 3.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，使滑块悬浮在水平导轨上，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3所示(弹簧的长度忽略不计)，实验步骤如下：

图3

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，使导轨处于水平状态。

c.在A 和B 之间放入一个被压缩的轻弹簧，用电动卡销锁定，静止放置在气垫导轨上。

d.用刻度尺测出A 的左端到C 的距离L 1。

e.按下电钮，放开卡销，同时使分别记录滑块A 、B 运动时间的计时器开始工作。当滑块A 、B 分别碰撞挡板C 、D 时停止计时，记下滑块A 到达挡板C 和滑块B 到达挡板D 的运动时间t 1和t 2。

(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，可得出验证动量守恒定律的表达式是____________________________________________________________________。

(3)上式中算得的滑块A 、B 的动量大小并不完全相等，产生误差的原因可能是_____________________________________________________________________

____________________________________________________________________。(至少写出两点)

解析　(1)设B 的右端至D 的距离为L 2，弹簧的长度忽略不计，放开卡销后滑块A 、B 的速度大小分别为v A ＝，v B ＝L 1

t 1。若要验证滑块A 、B 与轻弹簧组成的系统在水平方向上动量守恒，有0＝m A v A －m B v B ，联立以上两式解得0＝m A －m B L 2t 2L 1t 1，所以还应测量的物理量是B 的右端到D 的距离L 2。L 2

t 2

(2)由(1)分析可知验证动量守恒定律的表达式是

m A －m B ＝0。L 1t 1L 2

t 2(3)产生误差的原因可能是测量m A 、m B 、L 1、L 2、t 1、t 2时带来的误差；气垫导轨不水平；滑块受空气阻力。

答案　(1)B 的右端至D 的距离L 2　(2)m A －m B ＝0L 1t 1L 2

t 2(3)见解析

4.如图4甲所示，是气垫导轨上的两个滑块的照片，中间是滑块A ，质量m A ＝

0.20 kg ，右边是滑块B ，质量m B ＝0.30 kg 。乙图是滑块B 向左运动中与滑块A 碰后合为一体的照片，频闪照片的频率f ＝10 Hz 。

(1)根据照片提供的信息，碰前的动量为______ kg·m/s ，碰后的动量为_______ kg·m/s 。

图4

(2)实验结论：______________________________________________________。

解析　(1)题图为利用多次闪光拍摄的频闪照片。这种照片可以捕捉住质点各瞬间的位置，从而研究质点的运动规律。频闪照片频率为10 Hz ，即相邻两位置的发生时间为0.1 s 。从图中读出碰前A 质点的位置不变，则A 静止；B

质点在相等时间内的位移为1.6 cm ，B 碰前的速度应为v 0＝ m/s ＝0.16 m/s ，所以B 碰前的动量为p B ＝1.6×10－20.1

mv 0＝0.16×0.30 kg·m/s ＝0.048 kg·m/s 。碰撞后两质点具有共同速度，相等时间内的位移为1.0 cm ，则碰后速度v

共＝ m/s ＝1.0×10－20.1

0.10 m/s

碰后的动量

p ＝(m A ＋m B )v 共＝(0.20＋0.30)×0.10 kg·m/s ＝0.050 kg·m/s

(2)实验表明：在误差允许的范围内，碰撞前后动量相等，在碰撞过程中动量

守恒。

答案　(1)0.048　0.050　(2)在误差允许的范围内，碰撞前后动量相等

5.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，设法使小车A 做匀速直线运动，然后与原来静止的小车B 相碰并黏在一起继续做匀速运动，如图5所示。在小车A 的后面连着纸带，电磁打点计时器的频率为50 Hz 。

图5

(1)若已得到打点纸带如图6所示，并测得各计数点间的距离。则应选图中________段来计算A 碰前的速度，应选________段来计算A 和B 碰后的速度。