专题27验证动量守恒定律实验备战2020高考物理2019届名校模拟好题分项版汇编教师版

11.（4分）【加试题】（2018年11月浙江选考物理）小明做“探究碰撞中的不变量”实验的装置如图1所示，悬挂在O点的单摆由长为l的细线和直径为d的小球A组成，小球A与放置在光滑支撑杆上的直径相同的小球B发生对心碰撞，碰后小球A继续摆动，小球B做平抛运动。（1）小明用游标卡尺测小球A直径如图2所示，则d=_______mm。又测得了小球A质量m1，细线长度l，碰撞前小球A拉起的角度α和碰撞后小球B做平抛运动的水平位移x、竖直下落高度h。为完成实验，还需要测量的物理量有：______________________。（2）若A、B两球碰后粘在一起形成新单摆，其周期_________（选填“小于”、“等于”或“大于”）粘合前单摆的周期（摆角小于5°）。【参考答案】（1）14.40碰撞后小球A摆动的最大摆角β、小球B的质量m2.（2）大于【命题意图】本题考查“探究碰撞中的不变量”实验、游标卡尺读数、单摆周期公式及其相关知识点。（2）若AB碰撞后粘在一起形成新单摆，摆球质量增大，等效摆长增大，根据单摆周期公式，其周期增大。2．【加试题】(2018·绍兴适应性考试)《探究碰撞中的不变量》实验有多种实验方案，如图4所示的是一个常用方案。设入射球质量为mA，靶球质量为mB，实验前两球质量最佳的配置是mA________mB(填“大于”“小于”或“等于”)。在所记录的落点M、N、P中________段距离(填“OM”“ON”或“OP”)可用于测量入射球碰撞前的平抛速度；在误差允许的范围内，只要验证了某个关系式成立，便可确定在碰撞中存在守恒的物理量，需验证的关系式是________(用题中所列物理量及图中所标的字母表示)。2图4【参考答案】大于OPmA·OP＝mA·OM＋mB·ON3．用如图所示装置通过半径相同的A、B两球碰撞来验证动量守恒定律，实验时先使质量为mA的A球从斜槽上某一固定点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。把质量为mB的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，得到了如图所示的三个落地痕迹图。实验时先用天平测得A球的质量mA=510g，B球质量mB=130g。（1）请在图中读出OP=cm，OQ=cm，OR=cm；（2）如何在水平地面的记录纸上，记录O点？；（3）实验中根据落地痕迹怎样确定落地点的平均位置？；（4）为了验证碰撞前后动量守恒，需要验证的表达式是；（5）实验允许的最大误差为±4％，此实验是否能验证动量守恒定律？（6）请你根据实验数据，分析和计算出被碰小球B平抛运动射程ON的最大值为____cm。3【参考答案】（1）OP=17.4cm，OQ=25.2cm，OR=30.3cm；（2）以尽可能小的圆把落地痕迹圈起来，其圆心可以作为落地点。（3）用圆规把某处所用的落地痕迹用最小的圆圈起来，其圆心就是小球落地点的平均位置。（4）mA·OQ=mA·OP+mB·OR；（5）在误差允许的范围内，验证了动量守恒。（6）40.2（5）相对误差：121PPP×100%=12852.012813.012852.0×100%=0.3%＜4%，在误差允许的范围内，验证了动量守恒（6）若发生弹性碰撞，m2的射程可为最大，根据弹性碰撞的速度公式：021211vmmmmv，可得m1碰撞后的射程OM=15.0cm，再根据弹性碰撞射程关系：ON=OM+OP=15.0cm+25.2cm=40.2cm4.在“探究碰撞中的不变量”的实验中，下面是某实验小组选用水平气垫导轨，光电门的测量装置来研究两个滑块碰撞过程中系统动量的变化情况。实验装置如图所示。实验过程：（1）调节气垫导轨水平，并使光电计时器系统正常工作。（2）在滑块1上装上挡光片并测出其长度L。（3）在滑块2的碰撞端面粘上橡皮泥（或双面胶纸）。（4）用天平测出滑块1和滑块2的质量m1和m2.4（5）把滑块1和滑块2放在气垫导轨上，让滑块2处于静止状态（v2=0），滑块1以初速度v1与之碰撞（这时光电计时器系统自动记录时间），碰撞后两者粘在一起，分别记下滑块1的挡光片碰撞前经过光电门的时间t1和碰撞后经过光电门的时间t2。（6）根据v=L/t计算滑块1碰撞前经过光电门的速度表达式为，碰撞后两滑块粘合在一起经过光电门的速度表达式为。计算出滑块碰撞前后的动量，并比较两滑块碰撞前后的动量的矢量和。根据表格中实验数据，完成表格内容（表中计算结果保留三位有效数字）m1=0.324kg，m2=0.181kg，L=1.00×10-3m次数滑块1滑块2碰撞前系统动量（kgm/s）碰撞后系统动量kgm/s碰撞前v1/（m/s）碰撞后v/（m/s）碰撞前v2/（m/s）碰撞后v/（m/s）m1v1m2v2（m1+m2）v110.2900.18400.18420.4260.26900.269结论（7）若要证明上述碰撞是非弹性碰撞，那么还应该满足的表达式为。（用上面所测物理量的符号即m1、m2、t1、t2、L表示。）【参考答案】（6）1Lt2Lt完成表格内容.次数滑块1滑块2碰撞前系统动量（kgm/s）碰撞后系统动量kgm/s碰撞前v1/（m/s）碰撞后v/（m/s）碰撞前v2/（m/s）碰撞后v/（m/s）m1v1m2v2（m1+m2）v10.2900.18400.1840.094000.092020.4260.26900.2690.13800.136结论在误差允许的范围内，系统碰撞前后动量的矢量和相等，即系统碰撞前后不变的量是系统的总动量。（7）m121Lt（m1+m2）22Lt55.某同学设计如图甲所示的装置，通过半径相同的A、B两球的碰撞来探究碰撞过程中的不变量，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球的水平射程是________cm.(2)在以下四个选项中，本次实验必须进行的测量是________．A．水平槽上未放B球时，A球落点位置到O点的距离B．A球与B球碰撞后，A、B两球落点位置到O点的距离C．A、B两球的质量D．G点相对于水平槽面的高度(3)若本实验中测量出未放B球时A球落点位置到O点的距离为xA，碰撞后A、B两球落点位置到O点的距离分别为xA′、xB′，已知A、B两球半径均为r，则通过式子________________即可验证A、B两球碰撞中的不变量．【参考答案】(1)64.7(64.2～65.2均可)(2)ABC(3)mAxA＝mAxA′＋mBxB′【名师解析】(1)由于偶然因素的存在，重复操作时小球的落点不可能完全重合(如题图乙所示)，处理的办6法是用一个尽可能小的圆将“所有落点位置”包括在内(其中误差较大的位置可略去)，此圆的圆心即可看做小球10次落点的平均位置，则碰撞后B球的水平射程等于圆心到O点的距离，由题图乙可得此射程约为64.7cm.