第十五章第二讲实验研究碰撞中的不变量(验证动量守恒定律)

1第二讲实验:研究碰撞中的不变量(验证动量守恒定律)基础巩固1.(2009·天津海滨新区重点学校联考)气垫导轨工作时能够通过喷出的气体使滑块悬浮从而基本消除掉摩擦力的影响,因此成为重要的实验器材,气垫导轨和光电门､数字毫秒计配合使用能完成许多实验.现提供以下实验器材:(名称､图象､编号如图所示)利用以上实验器材还可以完成“验证动量守恒定律”的实验.为完成此实验,某同学将实验原理设定为:m1v0=(m1+m2)v(1)针对此原理,我们应选择的器材编号为:___________;(2)在我们所选的器材中:___________器材对应原理中的m1(填写器材编号).答案:ABCB2.在用如图所示的装置做“验证动量守恒定律”实验时,入射球a的质量为m1,被碰球b的质量为m2,小球的半径为r,各小球的落地点如图所示,下列关于这个实验的说法正确的是()A.入射球与被碰球最好采用大小相同､质量相等的小球B.让入射球与被碰球连续10次相碰,每次都要使入射小球从斜槽上不同的位置滚下C.要验证的表达式是112mONmOMmOPD.要验证的表达式是112mOPmOMmONE.要验证的表达式是112(2)(2)mOPrmOMrmON解析:在此装置中,应使入射球的质量大于被碰球的质量,防止反弹或静止,故A错;入射球每次滚下必须从斜槽的同一位置,保证每次碰撞都具有相同的初动量,故B错;两球做平抛2运动时都具有相同的起点,故应验证的关系式为:112mOPmOMmON,D对,C､E错.答案:D3.某同学用图甲所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来验证mv的矢量和在碰撞中是守恒的.图中PQ是斜槽,QR为水平槽.实验时先使A球从斜槽上某一固定位置G由静止开始滚下,落到位于水平地面的记录纸上,留下痕迹.重复上述操作10次,得到10个落点痕迹.再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方,让A球仍从位置G由静止开始滚下,和B球碰撞后,A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹.重复这种操作10次.图甲中O点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点,B球落点痕迹如图乙所示,其中米尺水平放置,且平行于G、R、O所在的平面,米尺的零点与O点对齐.(1)碰撞后B球的水平射程应取为________cm.(2)在以下选项中,哪些是本次实验必须进行的测量?答:________(填选项号).A.水平槽上未放B球时,测量A球落点位置到O点的距离B.A球与B球碰撞后,测量A、B球落点位置到O点的距离C.测量A球和B球的质量(或两球质量之比)D.测量G点相对水平槽面的高度解析:本题考查到实验原理及数据的读取.(1)用圆规画最小的圆把10个落点圈在里面,圆心位置是小球落点平均位置.(2)A、B选项测量了两球平抛运动的水平射程,有了水平射程才能表示两球在碰撞前后的速率,而质量是必须测量的,所以必须测量的是A、B、C.答案:(1)64.7(64.2~65.2)(2)ABC4.如图所示,在实验室用两端带有竖直挡板C和D的气垫导轨和有固定挡板的质量都是M的滑块A和B做“探究碰撞中的不变量”的实验,实验步骤如下:①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的固定挡板间放入一弹簧,使弹簧处于水平方向上的压缩状态;②按下电钮使电动卡销放开,同时启动两个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碰撞同时,电子计时器自动停表,记下A至C的运动时间t1,B至D的运动时间t2;③重复几次取t1和t2的平均值.(1)在调整气垫导轨时应注意____________________________;(2)应测量的数据还有____________________________;(3)只要关系式________________________成立,即可得出碰撞中不变的量是mv的矢量和.3答案:(1)使气垫导轨水平(2)滑块A的左端到挡板C的距离x1和滑块B的右端到挡板D的距离x2(3)1212()xxMmMtt5.(2009·四川高考)气垫导轨(如图)工作时,空气从导轨表面的小孔喷出,在导轨表面和滑块内表面之间形成一层薄薄的空气层,使滑块不与导轨表面直接接触,大大减小了滑块运动时的阻力.为了验证动量守恒定律,大水平气垫导轨上放置两个质量均为a的滑块,每个滑块的一端分别与穿过打点计时器的纸带相连,两个打点计时器所用电源的频率均为b.气垫导轨正常工作后,接通两个打点计时器的电源,并让两滑块以不同的速度相向运动,两滑块相碰后粘在一起继续运动.图为某次实验打出的点迹清晰的纸带的一部分,在纸带上以同间距的6个连续点为一段划分纸带,用刻度尺分别量出其长度s1､s2和s3.若题中各物理量的单位均为国际单位,那么,碰撞前两滑块的动量大小分别为________､________,两滑块的总动量大小为________;碰撞后两滑块的总动量大小为________.重复上述实验,多做几次.若碰撞前､后两滑块的总动量在实验误差允许的范围内相等,则动量守恒定律得到验证.解析:打点周期1Tb,s1､s2､s3均用时5b.碰前其中一滑块的动量p1=mv1=11.5sbsmat碰前另一滑块的动量p2=mv2=335sbsmat,故碰前总动量p=p1-p2=0.2ab(s1-s3),同理碰后总动量p′=2·m2st=0.4abs2.答案:0.2abs10.2abs30.2ab(s1-s3)0.4abs26.(2008·宁夏高考)某同学利用如图所示的装置验证动量守恒定律.图中两摆摆长相同,悬挂于同一高度,A､B两摆球均很小,质量之比为当两摆均处于自由静止状态时,其侧面刚好接触.向右上方拉动B球使其摆线伸直并与竖直方向成45°角,然后将其由静止释放.结果观察到两摆球粘在一起摆动,且最大摆角为30°.若本实验允许的最大误差为±4%,此实验是否成功地验证了动量守恒定律?解析:设摆球A､B的质量分别为mA､mB,摆长为l,B球的初始高度为h1;碰撞前B球的速度为vB.在不考虑摆线质量的情况下,根据题意及机械能守恒定律得h1=l(1-cos45°)①12mBv2B=mBgh1②设碰撞前､后两摆球的总动量的大小分别为p1、p2,有p1=mBvB③4联立①②③式得p1=mB2(145)glcos④同理可得p2=(mA+mB)2(130)glcos⑤联立④⑤式得21130145ABBpmmcospmcos代入已知条件得221pp≈1.03由此可以推出|211ppp|≤4%所以,此实验在规定的范围内验证了动量守恒定律.答案:此实验在规定的范围内验证了动量守恒定律