2020届高考物理复习碰撞与动量守恒高效演练创新预测实验七验证动量守恒定律（含解析）新人教版

2020届高考物理复习碰撞与动量守恒高效演练创新预测实验七验证动量守恒定律（含解析）新人教版

验证动量守恒定律1.(2018·太原模拟)“枪支比动能e0”是反映枪支威力的一个参数，已知e0=，式中E0是子弹离开枪口时的动能，S是子弹的横截面积(若子弹是球形，则S是过球心的截面圆面积)。“J2136冲击摆实验器”是物理实验中的实验器材，可以用来测量弹簧枪的比动能e0，如图甲所示，左侧是可以发射球形子弹的弹簧枪，中间立柱上悬挂小摆块，摆块一般用塑料制成，正对枪口处有一水平方向的锥形孔(使弹丸容易射入并与摆块结合为一体)。摆块摆动的最大角θ可由刻度盘读出。(重力加速度大小为g)(1)用游标卡尺测量子弹直径，测量结果如图乙所示，子弹的直径d=_______mm。 (2)实验开始之前，必须测量的物理量为子弹直径d以及_______和_______。(写出物理量及其表示字母)； (3)实验步骤如下：①将冲击摆实验器放在桌上，调节底座上的调平螺丝，使底座水平；②再调节支架上端的调节螺丝，改变悬线的长度，使摆块的孔洞跟枪口正对，并且使摆块右侧与0刻度对齐；③此时用刻度尺测量出摆长L；④扣动弹簧枪扳机，打出子弹，记录下摆块的最大摆角；⑤多次重复实验，计算出摆块最大摆角的平均值θ；⑥处理实验数据，得出实验结论。(4)子弹的发射速度为v0=_______，弹簧枪的比动能为e0=_______。(用已知量和测量量的字母表示)； (5)由于存在系统误差，使得测量值_______理论值。(选填“大于”“小于”或“等于”) n【解析】(1)主尺读数为1.0cm，游标读数为0.02×26=0.52mm，所以最终读数为10mm+0.52mm=10.52mm；(2)本实验中要确定子弹的动能，所以在实验前应先测量出子弹的质量m和摆块的质量M；(4)根据机械能守恒定律可知，(m+M)gL(1-cosθ)=(M+m)v2根据动量守恒定律可知：mv0=(M+m)v，联立解得：子弹的速度为：v0=；根据比动能的定义式可知：e0=，E0=m，截面积S=πd2，解得比动能e0=；(5)由于摆块在运动中存在空气阻力做功，因此求出的子弹的速度偏小，故测量值一定小于真实值。答案：(1)10.52　(2)子弹质量m　摆块质量M(4)　(5)小于2.(2018·包头模拟)如图甲所示，在验证动量守恒定律实验时，小车A的前端粘有橡皮泥，推动小车A使之做匀速运动。然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体，继续匀速运动，在小车A后连着纸带，电磁打点计时器电源频率为50Hz，长木板右端下面垫放小木片用以平衡摩擦力。(1)若获得纸带如图乙所示，并测得各计数点间距(已标在图上)。A为运动起始的第一点，则应选_________段来计算A的碰前速度，应选_________段来计算A和B碰后的共同速度(选填“AB”“BC”“CD”或“DE”)。 n(2)已测得小车A的质量mA=0.30kg，小车B的质量为mB=0.20kg，由以上测量结果可得碰前系统总动量为___________kg·m/s，碰后系统总动量为_________kg·m/s。(结果保留三位有效数字) (3)实验结论：　____________________________________________________。 【解析】(1)推动小车由静止开始运动，故小车有个加速过程，在碰撞前做匀速直线运动，即在相同的时间内通过的位移相同，故BC段为匀速运动的阶段，故选BC计算碰前的速度；碰撞过程是一个变速运动的过程，而A和B碰后共同运动时做匀速直线运动，故在相同的时间内通过相同的位移，故应选DE段来计算碰后共同的速度。(2)碰前系统的动量即A的动量，p1=mAv0=mA·=0.30×kg·m/s=1.04kg·m/s，碰后的总动量p2=(mA+mB)v2=(mA+mB)·=0.50×kg·m/s=1.03kg·m/s。(3)由实验数据可知，在误差允许的范围内，小车A、B组成的系统碰撞前后总动量守恒。答案：(1)BC　DE　(2)1.04　1.03(3)在误差允许的范围内，小车A、B组成的系统碰撞前后总动量守恒3.用如图1所示的装置可以验证动量守恒定律。世纪金榜导学号n(1)实验中质量为m1的入射小球和质量为m2的被碰小球的质量关系是m1______m2。(选填“大于”“等于”或“小于”) (2)图中O点是小球抛出点在地面上的投影。实验时，先让入射小球m1多次从斜轨上S位置静止释放，找到其平均落地点的位置P，测量平抛射程OP。然后，把被碰小球m2静置于轨道的水平部分，再将入射小球m1从斜轨上S位置静止释放，与小球m2相碰，并多次重复本操作。接下来要完成的必要步骤是___________。(填选项前的字母) A.用天平测量两个小球的质量m1、m2B.测量小球m1开始释放的高度hC.测量抛出点距地面的高度HD.分别通过画最小的圆找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、NE.测量平抛射程OM、ON(3)若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为___________(用(2)中测量的量表示)； (4)经过测定，m1=45.0g，m2=7.5g，小球落地的平均位置距O点的距离如图2所示。若用长度代表速度，则两球碰撞前“总动量”之和为_______g·cm，两球碰撞后“总动量”之和为_______g·cm。 (5)用如图3装置也可以验证碰撞中的动量守恒，实验步骤与上述实验类似。图中D、E、F到抛出点B的距离分别为LD、LE、LF。若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为___________。 A.m1LF=m1LD+m2LEB.m1=m1+m2C.m1=m1+m2D.LE=LF-LD【解析】(1)为防止碰撞后入射球反弹，实验中质量为m1的入射小球和质量为m2的被碰小球的质量关系是m1大于m2。n(2)如果碰撞过程系统动量守恒，以水平向右为正方向，由动量守恒定律得：m1v1=m1v2+m2v3，小球离开轨道后做平抛运动，它们抛出点的高度相等，在空中的运动时间t相等，上式两边同时乘以t得：m1v1t=m1v2t+m2v3t，得：m1OP=m1OM+m2ON，实验需要测量：两球的质量、两球落点的水平位移，故选：A、D、E；(3)由(2)可知，实验需要验证的表达式为：m1OP=m1OM+m2ON；(4)两球碰撞前的动量之和：p=m1OP=45.0×44.80=2016g·cm，碰撞后的总动量：p′=m1OM+m2ON=45.0×35.20+7.5×55.60=2001g·cm；(5)设斜面的倾角为θ，小球离开平台后做平抛运动，水平方向：Lcosθ=vt，竖直方向：Lsinθ=gt2，解得，小球做平抛运动的初速度：v=cosθ，则：v1=cosθ，v2=cosθ，v3=cosθ，由动量守恒定律得：m1v1=m1v2+m2v3，则：m1=m1+m2，故选：C。答案：(1)大于　(2)A、D、E　(3)m1OP=m1OM+m2ON　(4)2016　2001　(5)C4.某同学用如图1所示的装置探究碰撞中的不变量，实验开始前在水平放置的气垫导轨左端装一个弹射装置，滑块碰到弹射装置时将被锁定，打开控制开关，滑块可被弹射装置向右弹出。滑块甲和滑块乙上装有相同宽度的挡光片，在滑块甲的右端和滑块乙的左端装上了弹性碰架(图中未画出)，可保证在滑块碰撞过程中能量损失极小。开始时，滑块甲被弹射装置锁定，滑块乙静置于两个光电门之间。n(1)该同学用游标卡尺测量挡光片的宽度d如图2所示，则d=_______cm。 (2)为使碰撞后两个滑块能够先后通过光电门2，则选用下列哪组滑块能使实验效果更好_______。 A.m甲=50g，m乙=50gB.m甲=100g，m乙=50gC.m甲=50g，m乙=100g(3)某次实验时，该同学记录下滑块甲(质量为m甲)通过光电门1的时间为t1，滑块乙(质量为m乙)通过光电门2的时间为t2，滑块甲通过光电门2的时间为t3，根据实验器材等测量条件确定误差范围。①只要等式　成立， 则可说明碰撞过程中动量守恒；②只要等式　成立， 则可说明这次碰撞为弹性碰撞。(注：以上2个等式必须用题目中所给的字母表示)【解析】(1)游标卡尺的主尺读数为21mm，游标读数为0.05×9mm=0.45mm，则最终读数为21.45mm=2.145cm；(2)为使碰撞后两个滑块能够先后通过光电门2，所以入射滑块不能反弹，所以应用质量较大的滑块去碰质量较小的滑块，故选B；(3)滑块经过光电门的速度分别为：v1=，v2=，v3=。①设甲的初速度方向为正方向，则由动量守恒定律有：m甲v1=m甲v3+m乙v2；代入速度公式则有：m甲=m甲+m乙；②要保证为弹性碰撞，碰撞前后机械能守恒，则有：m甲()2=m甲()2+m乙()2；n即m甲()2=m甲()2+m乙()2成立，即说明为弹性碰撞。答案：(1)2.145　(2)B(3)①m甲=m甲+m乙②m甲()2=m甲()2+m乙()2