资源简介

1.4.实验:验证动量守恒定律
基础巩固
1.利用气垫导轨做验证动量守恒定律的实验时,不需要测量的物理量是(　　)
A.滑块的质量 B.遮光时间
C.遮光条的宽度 D.滑块移动的距离
2.(多选)在利用气垫导轨做验证动量守恒定律的实验中,哪些因素可导致实验误差(　　)
A.导轨安放不水平
B.滑块上挡光板倾斜
C.两滑块质量不相等
D.两滑块碰后连在一起
3.验证动量守恒定律的实验中,入射小球的质量为m1=15 g,原来静止的被碰小球的质量为m2=10 g,由实验测得它们在碰撞前后的x-t图像如图所示,由图可知,入射小球碰撞前的m1v1是　　　　,入射小球碰撞后的m1v1'是　　　　,被碰小球碰撞后的m2v2'是　　　　。由此得出结论　 　。
4.用如图甲所示的装置验证动量守恒定律,即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前、后的动量关系。
(1)实验中,斜槽　　　　(选填“必须”或“不必”)是光滑的。
(2)以下所提供的测量工具中必需的是　　　　。
A.秒表 B.天平
C.刻度尺 D.游标卡尺
(3)图甲中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影。首先将质量为m1的小球A从斜槽上的S位置由静止释放,小球落到复写纸上,重复多次。然后把半径与A相等的质量为m2的被碰小球B置于斜槽末端,再将小球A从S位置由静止释放,两球相碰,重复多次。分别确定平均落点,记为M、N和P(P为A单独滑落时的平均落点)。图乙为实验的落点记录,简要说明如何确定平均落点　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)用天平测量A、B两个小球的质量m1、m2;分别找到A、B相碰前后的平均落点的位置,再测量出水平位移xOM、xOP、xON,若两球相碰过程的动量守恒,则其表达式可表示为　　　　　　　　　(用测量的量表示)。
5.在用气垫导轨做验证动量守恒定律实验时,左侧滑块的质量为m1=170 g,右侧滑块的质量为m2=110 g,遮光条的宽度为s=3.00 cm,两滑块之间有一压缩的弹簧片,并用细线连在一起,如图所示。
开始时两滑块静止,烧断细线后,两滑块分别向左、右方向运动。遮光条通过光电门的时间分别为Δt1=0.32 s,Δt2=0.21 s,则两滑块的速度分别为v1'=　　　 m/s,v2'=　　　 m/s。烧断细线前m1v1+m2v2=　　　　 kg·m/s,烧断细线后m1v1'+m2v2'=　　　 kg·m/s。可得到的结论是　 　。
6.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,气垫导轨装置如图甲所示,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,压缩空气会从小孔中喷出,使滑块稳定地漂浮在导轨上,如图乙所示,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。
甲
乙
丙
丁
(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和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弹射装置;
⑤把滑块2(所用滑块1、2如图丙所示)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,选出较理想的纸带如图丁所示;
⑧测得滑块1(包括撞针)的质量为310 g,滑块2(包括橡皮泥)的质量为205 g。
(2)已知打点计时器每隔0.02 s打一个点,通过计算可知,两滑块相互作用前质量与速度的乘积之和为　　　　　　 kg·m/s;两滑块相互作用后质量与速度的乘积之和为　　　　 kg·m/s。(结果保留三位有效数字)
(3)试说明(2)问中两结果不完全相等的主要原因是 　。
能力提升
1.一同学设计了下面验证动量守恒定律的方案:
在一块短木板上钉两条剖成两半的铅笔(除去笔芯)作为滑槽。把一条轻竹片弯成“∩”形,中间用细线拴住成为竹弓,将它置于短板上的滑槽里,紧挨竹弓两端各放置一个小球,如图所示。
实验时,把这套装置放在桌子的一角上。在木板两头的地上各铺放一张白纸并盖上复写纸。用火柴烧断细线,竹弓立即将两小球弹出,小球落在复写纸上,在白纸上打出两个印痕。
(1)需要测量的量是　　　　。
A.两小球的质量m1、m2及抛出的射程x1、x2
B.球抛出的高度h
C.球下落的时间t
D.细线的长度l
(2)若等式 　　　　　　　　[用(1)中的相关字母符号表示]成立,则表明系统动量守恒。
2.如图甲所示,冲击摆是一个用细线悬挂着的摆块,弹丸击中摆块时陷入摆块内,使摆块摆至某一高度,利用这种装置可以测出弹丸的发射速度。
实验步骤如下:
①用天平测出弹丸的质量m和摆块的质量m';
②将实验装置水平放在桌子上,调节摆线的长度,使弹丸恰好能射入摆块内,并使摆块摆动平稳,用刻度尺测出摆长l;
③让摆块静止在平衡位置,扳动弹簧枪的扳机,把弹丸射入摆块内,摆块和弹丸推动指针一起摆动,指针在摆动幅度最大处停下,记下指针的最大偏角θ;
④多次重复步骤③,记录指针最大偏角的平均值;
⑤换用弹簧枪的不同挡位发射并测量,将结果填入下表。
挡位 平均最大 偏角θ 弹丸质量 m/kg 摆块质量 m'/kg 摆长l/m 弹丸的速度 v/(m·s-1)
低速挡 15.7° 0.007 65 0.078 9 0.270 5.03
中速挡 19.1° 0.007 65 0.078 9 0.270 6.77
高速挡 0.007 65 0.078 9 0.270 7.15
(1)现测得高速挡指针最大偏角如图乙所示,请将表中数据补充完整:θ=　　　　。
(2)用上述测量的物理量表示发射弹丸的速度v=　　　　　　　 　　　。(已知重力加速度为g)
(3)为减小实验误差,实际上每次实验前,并不是将指针置于竖直方向的零刻度处,常常需要试射并记下各挡位对应的最大指针偏角,每次正式射击前,应预置指针,使其偏角略小于该挡的最大偏角。请写出这样做的一个理由: 　。
1.4.实验:验证动量守恒定律
基础巩固
1.D
根据实验原理可知,滑块的质量、遮光时间、遮光条的宽度都是需要测量的物理量,其中滑块的质量用天平测量,遮光时间用数字计时器测量,遮光条的宽度可事先用游标卡尺测量;只有滑块移动的距离不需要测量,故选项D正确。
2.AB
导轨不水平,滑块速度将会受重力影响,A项可导致实验误差;挡光板倾斜会导致挡光板宽度不等于挡光阶段滑块通过的位移,导致速度计算出现误差,B项可导致实验误差。
3.0.015 kg·m/s　0.007 5 kg·m/s　0.007 5 kg·m/s　在误差允许范围内,碰撞过程中mv的矢量和守恒
由题图可知碰撞前入射小球的速度大小v1= m/s=1 m/s,
故碰撞前m1v1=0.015×1 kg·m/s=0.015 kg·m/s
碰撞后入射小球的速度大小
v1'= m/s=0.5 m/s
被碰小球的速度大小v2'= m/s=0.75 m/s
故m1v1'=0.015×0.5 kg·m/s=0.007 5 kg·m/s
m2v2'=0.01×0.75 kg·m/s=0.007 5 kg·m/s
可知m1v1=m1v1'+m2v2',在误差允许范围内,碰撞过程中mv的矢量和守恒。
4.(1)不必　(2)BC　(3)用尽可能小的圆把小球的落点圈起来,圆心是小球落点的平均位置　(4)m1xOP=m1xOM+m2xON
(1)每次只要入射球由同一位置由静止释放,小球到达斜槽末端时的速度就相等,斜槽不必光滑。
(2)实验需要测量小球的质量与小球做平抛运动的水平位移,需要天平与刻度尺,该实验不需要测量小球的运动时间与小球半径,不需要秒表与游标卡尺,故选BC。
(3)用尽可能小的圆把小球的落点圈起来,圆心是小球落点的平均位置。
(4)小球离开斜槽后做平抛运动,由于抛出点的高度相等,因此小球做平抛运动的时间t相等,碰撞前入射球的速度大小v0=,碰撞后入射球的速度大小v1=,碰撞后被碰球的速度大小v2=,若碰撞过程系统动量守恒,则以向右为正方向,由动量守恒定律得m1v0=m1v1+m2v2,整理得m1xOP=m1xOM+m2xON。
5.0.094　-0.143　0　2.5×10-4　在实验误差允许范围内,m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'
取向左方向为正,两滑块速度
v1'==0.094 m/s
v2'=-=-0.143 m/s
烧断细线前两滑块静止,所以m1v1+m2v2=0
烧断细线后m1v1'+m2v2'=(0.170×0.094-0.110×0.143) kg·m/s=2.5×10-4 kg·m/s,在实验误差允许范围内,m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'。
6.(1)接通打点计时器的电源　放开滑块1
(2)0.620　0.618　(3)纸带与打点计时器的限位孔间有摩擦
(2)相互作用前滑块1的速度v1= m/s=2 m/s,其质量与速度的乘积为0.310 kg×2 m/s=0.620 kg·m/s。相互作用后滑块1和滑块2具有相同的速度v= m/s=1.2 m/s,其质量与速度的乘积之和为(0.310 kg+0.205 kg)×1.2 m/s=0.618 kg·m/s。
能力提升
1.(1)A
(2)m1x1=m2x2
(1)在验证动量守恒定律的实验中应测两小球的质量和作用前后的速度。已知两小球初速度为0,竹弓弹开后两球都做平抛运动,下落的高度相同,所以两小球在空中飞行的时间相同,而水平射程x=vt,即x∝v,所以可以用水平射程代表速度,A正确。
(2)若0=m1x1-m2x2,即m1x1=m2x2成立,则表明两小球和竹弓组成的系统动量守恒。
2.(1)22.4°(22.2°~22.6°均正确)
(2)
(3)摆块以较大的速度碰撞指针,会损失较多的机械能(合理即可)
(1)分度值为1°,故读数为22.4°。
(2)弹丸射入摆块内,系统动量守恒mv=(m+m')v'
摆块向上摆动,由机械能守恒定律得(m+m')v'2=(m+m')gl(1-cos θ)
联立解得v=。
(3)摆块以较大的速度碰撞指针,会损失较多的机械能(其他理由只要合理即可,如摆块在推动指针偏转时要克服摩擦力做功、指针摆动较长的距离损失的机械能较多等)。

展开更多......

收起↑