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4 实验：验证动量守恒定律
一、单选题
1．利用气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”的实验时，不需要测量的物理量是（　　）
A．滑块的质量 B．挡光时间
C．挡光片的宽度 D．滑块移动的距离
2．2023年9月21日下午，“天宫课堂”第四课中神舟十六号三位宇航员景海鹏、朱杨柱、桂海潮通过精彩的实验面向全国青少年进行太空科普授课。其中一个情境为动量守恒演示实验：如图所示，质量为100g的小钢球A静止悬浮在空中，宇航员用手推出质量为500g的大钢球B，使它以一定的初速度水平向左撞向小钢球A，撞后大、小钢球均水平向左运动。为了验证两球组成的系统在碰撞中动量守恒，除了以上给出的实验数据外，还需要测量的物理量是（　　）
A．两个钢球的悬浮高度
B．两个钢球的碰撞时间
C．手对小钢球B推力的冲量
D．两钢球碰撞前后各自运动的距离和对应时间
3．在探究碰撞中的不变量时，利用了如图所示的实验装置进行探究，下列说法正确的是（　　）
A．要求斜槽一定是光滑的
B．入射球和被碰球的直径必须相等
C．入射球每次释放点的高度可以不同
D．入射球的质量必须小于被碰球的质量
4．在实验室里为了验证动量守恒定律，可以采用如图所示的装置。在本实验中，不一定要遵循的要求是（　　）
A．斜槽轨道必须是光滑的
B．斜槽轨道末端的切线是水平的
C．入射小球的质量必须大于被碰小球的质量
D．入射球每一次都要从同一高度由静止滚下
5．某学习小组用如图所示的装置来验证碰撞中的动量守恒，实验中先从某一高度处单独释放质量为的小球a，标记下小球a撞击在挡板上的位置M，再在水平轨道上放上质量为的小球b，从同一高度释放小球a，标记两球撞击挡板的位置P、N，关于本实验下列说法正确的是（　　）
A．两小球的质量需满足
B．实验中可以用 这个表达式验证动量守恒定律。
C．位置N为小球b撞击挡板的位置
D．小球a在轨道上受到的摩擦力越小，对实验结果的误差影响就越小
6．用如图所示的装置来验证动量守恒定律，斜槽轨道固定在水平桌面上，入射小球、被碰小球质量分别为m1、m2，则下列做法错误的是（　　）
A．入射小球和被碰小球半径相同
B．入射小球每次必须从斜轨同一位置释放
C．选用两球的质量应满足m1m2
D．必须用秒表测定小球在空中飞行的时间
二、多选题
7．某小组同学用如图甲所示装置做“验证动量守恒定律”实验，所用小钢球A与玻璃球B半径相等，质量分别为m1、m2，且m1>m2，结果发现地面上固定的复写纸下面的白纸上小球多次落点的中心如图乙中的M、P、N所示，它们到O点的距离分别用OM、OP、ON表示。对于图乙的实验结果，下列分析正确的有（　　）
A．M、P、N不在同一直线上是因为轨道末端不水平导致
B．M、P、N不在同一直线上是因为碰撞时A球速度方向不沿着两球球心连线导致
C．如果有m1OP=m1OM+m2ON，说明两球碰撞过程中动量守恒
D．如果有m1OP2=m1OM2+m2ON2，说明两球碰撞过程中动能没有损失
8．若用打点计时器做探究碰撞中的不变量实验，下列操作中正确的是（　　）
A．相互作用的两车上，一个装撞针，一个装橡皮泥，是为了碰撞后黏在一起
B．相互作用的两车上，一个装撞针，一个装橡皮泥，是为了改变两车的质量
C．先接通打点计时器的电源，再释放拖动纸带的小车
D．先释放拖动纸带的小车，再接通打点计时器的电源
三、填空题
9．某同学利用图甲所示的装置进行“验证动量守恒定律”的实验。在水平地面上依次铺上白纸、复写纸，记下小球抛出点在记录纸上的垂直投影点O。实验时，先调节轨道末端水平，使A球多次从斜轨上位置P静止释放，根据白纸上小球多次落点的痕迹找到其平均落地点的位置E。然后，把半径相同的B球静置于水平轨道的末端，再将A球从斜轨上位置P静止释放，与B球相碰后两球均落在水平地面上，多次重复上述A球与B球相碰的过程，根据小球在白纸上多次落点的痕迹（图乙为B球多次落点的痕迹）分别找到碰后两球落点的平均位置D和F。用刻度尺测量出水平射程OD、OE、OF。用天平测得A球的质量为mA，B球的质量为mB
（1）关于实验器材，下列说法正确的是　 　；
A.实验轨道必须光滑
B.该实验不需要秒表计时
C.A球的质量应小于B球的质量
（2）关于实验操作，下列说法正确的是　 　；
A.实验过程中白纸位置可以随时调整位置
B.A球每次必须从同一位置由静止释放
C.B球的落点并不重合，说明该同学的实验操作出现了错误
（3）若满足关系式　 　，则可以认为两球碰撞前后动量守恒（用所测物理量表示）。
10．如图利用冲击摆装置可测量弹簧的弹性势能，扳动弹簧枪的扳机释放弹簧，弹簧的弹性势能转化为弹丸的动能，弹丸离开枪口，击中摆块并陷入其中，打击时间极短，摆块推动指针摆动，重力加速度为，不计空气阻力。实验步骤为：
⑵ 测出弹丸的质量m和摆块的质量M；
⑶ 调节摆块静止时高度与枪口保持水平，测出悬点到摆块中心的距离为l；
⑷ 发射弹丸，击中摆块，弹丸与摆块摆动推动指针到最高点，指针显示摆角为，解决下列问题（结果用题目所给物理量及测量数据的符号表示）；
①弹丸击中摆块后两者的速度　 　，击中摆块前弹丸速度　 　。
②若不计枪筒摩擦力，可测得弹簧枪内弹簧发射弹丸前的弹性势能为　 　。
四、解答题
11．甲、乙两位同学分别用不同的实验装置验证动量守恒定律。
（i）甲同学用如图1所示的实验装置验证动量守恒定律。
（1）关于该实验，下列说法中正确的是______。（选填选项前的字母）
A. 轨道末端必须水平
B. 轨道倾斜部分必须光滑
C. 入射小球的质量小于被碰小球的质量
D. 同一组实验中，入射小球必须从同一位置由静止释放
（2）甲同学在实验中记录了小球落点的平均位置M、P、N，发现M和N偏离了OP方向，使点O、M、P、N不在同一条直线上，如图2所示，若要验证两小球碰撞前后在OP方向上是否动量守恒，则下列操作正确的是______。
A. B.
C. D.
（ii）乙同学用如图3所示的装置验证“动量守恒定律”。实验步骤如下：
①用绳子将大小相同、质量分别为和的小球A和B悬挂在天花板上；
②在A、B两球之间放入少量炸药，引爆炸药，两球反方向摆起。
用量角器记录两球偏离竖直方向的最大夹角分别为、；
（3）实验中所用两绳长度应________（填“相等”或“不相等”）。
（4）若两球动量守恒，应满足的表达式为________（用、、、表示）。
12．如图所示，在电阻不计，倾角为α=37°的粗糙金属导轨上，水平放置一导体棒ab，导体棒处于磁感应强度垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，电源的电动势恒定，电源的内阻、导体棒的电阻，R1的阻值都为R，R2=R3=2R，当开关S1闭合，S2断开时，导体棒ab恰好不动；当开关S1闭合，S2闭合时，导体棒ab仍然恰好不动，可认为导体棒ab所受最大静摩擦力等于滑动摩擦力，sin37°=0.6，cos37°=0.8，求导体棒ab和金属导轨间的动摩擦因数．
答案解析部分
1．【答案】D
【知识点】验证动量守恒定律
2．【答案】D
【知识点】验证动量守恒定律
3．【答案】B
【知识点】验证动量守恒定律
4．【答案】A
【知识点】验证动量守恒定律
5．【答案】B
【知识点】验证动量守恒定律；平抛运动
6．【答案】D
【知识点】验证动量守恒定律
7．【答案】B,D
【知识点】验证动量守恒定律
8．【答案】A,C
【知识点】验证动量守恒定律
9．【答案】B；B；
【知识点】验证动量守恒定律
10．【答案】；；
【知识点】验证动量守恒定律
11．【答案】(1) A，D
(2) B
(3) 相等
(4)
【知识点】验证动量守恒定律
12．【答案】解：设电源的电动势为E，当开关S1闭合，S2断开时，由闭合电路欧姆定律得：I1=
导体棒ab恰好不动，导体棒ab受到的静摩擦力恰好达到最大静摩擦力，
可得：mgsin37°﹣μmgcos37°=BI1L
当开关S1闭合，S2闭合时，由闭合电路欧姆定律得：I2=
导体棒ab仍然恰好不动，导体棒ab受到的静摩擦力仍然恰好达到最大静摩擦力，可得：
mgsin37°+μmgcos37°=BI2L
联立解得：μ= =0.083．
答：导体棒ab和金属导轨间的动摩擦因数为0.083．
【知识点】安培力
21世纪教育网(www.21cnjy.com)
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