1、4 4 实验实验：验证动量守恒定律验证动量守恒定律 1 用气垫导轨进行实验时， 经常需要使导轨保持水平， 检验气垫导轨是否水平的方法之一是： 轻推一下滑块，使其先后滑过光电门 1 和光电门 2，如图 1 所示，其上的遮光条将光遮住， 电子计时器可自动记录滑块先后经过光电门 1、2 时的遮光时间 t1和 t2，比较 t1和 t2即 可判断导轨是否水平，为使这种检验更精准，正确的措施是( ) 图 1 A换用质量更大的滑块 B换用宽度 x 更小的遮光条 C提高测量遮光条宽度 x 的精确度 D尽可能增大光电门 1、2 之间的距离 L 答案 D 解析 本题中如果导轨水平，则滑块应做匀速运动，因此要想更精
2、准地进行检验可以增大光 电门 1、2 之间的距离，从而更准确地判断速度是否发生变化；而换用质量更大的滑块、宽度 更小的遮光条以及提高测量遮光条宽度 x 的精确度对速度变化均没有影响，故选项 D 正 确A、B、C 错误 2(2020 广东省实验中学、广雅中学、佛山一中高二下期末)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 2 甲所示，所用的气垫导轨装置由导 轨、滑块、弹射架等组成 图 2 (1)下面是实验的主要步骤： 安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平； 向气垫导轨通入压缩空气； 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
3、时器与弹射架并 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； 使滑块 1 挤压导轨左端弹射架上的弹射装置； 把滑块 2 放在气垫导轨的中间； 先_，然后_，让滑块带动纸带一起运动，然后两滑块粘合到一起； 取下纸带，重复步骤，选出较理想的纸带如图乙所示； 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，试着完善实验 步骤的内容 (2)已知打点计时器每隔 0.02 s 打一个点，计算可知，两滑块相互作用前系统的总动量为 _ kg m/s；两滑块相互作用后系统的总动量为_ kg m/s.(保留三位有效数字) (
4、3)试说明(2)中两结果不完全相等的主要原因是_ _. 答案 (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及滑块与空气间有摩擦 解析 (2)相互作用前滑块 1 的速度为 v10.2 0.1 m/s2 m/s，系统的动量为 0.310 kg2 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 v0.168 0.14 m/s1.2 m/s，系统的动 量为(0.310 kg0.205 kg)1.2 m/s0.618 kg m/s. 3(2019 珠海二中期中)“验证碰撞中的动量守恒”实验装置如图 3 所
5、示，让质量为 m1的小 球 A 从斜槽上的某一位置自由滚下，与静止在支柱上大小相等、质量为 m2的小球 B 发生碰 撞(球 A 运动到水平槽末端时刚好与 B 球发生碰撞) 图 3 (1)安装轨道时，要求轨道末端_ (2)两小球的质量应满足 m1_m2. (3)用游标卡尺测小球直径时的读数如图 4 所示，则小球的直径 d_ cm. 图 4 (4)实验中还应测量的物理量是_ A两小球的质量 m1和 m2 B小球 A 的初始高度 h C轨道末端切线离地面的高度 H D两小球平抛运动的时间 t E球 A 单独滚下时的落地点 P 与 O 点的距离 sOP F碰后 A、B 两小球的落地点 M、N 与 O
6、点的距离 sOM和 sON (5)若碰撞中动量守恒，根据图中各点间的距离，下列式子可能成立的是_ A.m1 m2 ON MP B.m1 m2 ON MP C.m1 m2 OP MN D.m1 m2 OP MN (6)若碰撞过程无机械能损失，除动量守恒外，还需满足的关系式是_(用所测物理量 的符号表示) 答案 (1)切线水平 (2) (3)1.04 (4)AEF (5)B (6)m1sOP2m1sOM2m2(sONd)2 解析 (1)为了保证每次小球都做平抛运动，则需要轨道的末端切线水平 (2)验证碰撞中的动量守恒实验，为防止入射球反弹，入射球的质量应大于被碰球的质量，即 m1m2. (3)游标
7、卡尺的游标是 10 分度的，其精确度为 0.1 mm，则读数为：10 mm40.1 mm10.4 mm1.04 cm. (4)小球离开轨道后做平抛运动，它们抛出点的高度相同，在空中的运动时间 t 相等，两球碰 撞动量守恒，有：m1v1m1v1m2v2， 两边同时乘以时间 t，则 m1v1tm1v1tm2v2t， 根据落点可化简为：m1 sOPm1sOMm2(sONd)， 则实验还需要测出： 两小球的质量 m1和 m2； 球 A 单独滚下时的落地点 P 点到 O 点的距离 sOP 和碰后 A、B 两小球的落地点 M、N 与 O 点的距离 sOM和 sON，故选 A、E、F. (5)根据动量守恒：
8、m1 OPm1OMm2ON 即：m1 m2 ON OPOM ON MP ，故 B 正确 (6)若碰撞过程无机械能损失，则有1 2m1v1 21 2m1v1 21 2m2v2 2 可得：m1sOP2m1sOM2m2(sONd)2. 4现利用图 5(a)所示的装置“验证动量守恒定律”在图(a)中，气垫导轨上有 A、B 两个滑 块，滑块 A 右侧带有一弹簧片，左侧与穿过打点计时器(图中未画出)的纸带相连；滑块 B 左 侧也带有一弹簧片，上面固定一遮光片，数字计时器(未完全画出)可以记录遮光片通过光电 门的时间 图 5 实验测得滑块A的质量m10.310 kg， 滑块B的质量m20.108 kg， 遮
9、光片的宽度d1.00 cm； 打点计时器所用交变电流的频率 f50.0 Hz. 将光电门固定在滑块B的右侧， 启动打点计时器， 给滑块A一向右的初速度， 使它与B相碰 碰 后数字计时器显示的时间为 tB3.500 ms，碰撞前后打出的纸带如图(b)所示 若实验允许的相对误差绝对值( 碰撞前后总动量之差 碰前总动量 100%)最大为 5%，本实验是否在误 差允许范围内验证了动量守恒定律？写出运算过程 答案 见解析 解析 根据速度的定义，滑块运动的瞬时速度大小 vs t 式中 s 为滑块在很短时间 t 内通过的路程 设纸带上相邻两点的时间间隔为 tA，则 tA1 f0.02 s tA可视为很短 设
10、滑块 A 在碰撞前、后瞬时速度大小分别为 v0、v1. 将式和题图所给实验数据代入式可得 v02.00 m/s v10.970 m/s 设滑块 B 碰撞后的速度大小为 v2，由式有 v2 d tB 代入题给实验数据得 v22.86 m/s 设两滑块在碰撞前、后的动量分别为 p 和 p，则 pm1v00.620 kg m/s pm1v1m2v20.610 kg m/s 两滑块在碰撞前、后总动量相对误差的绝对值为 p pp p 100% 联立得 p1.6%5%. 因此，本实验在误差允许的范围内验证了动量守恒定律 5 某物理兴趣小组利用如图 6 甲所示的装置进行“验证动量守恒定律”的实验 在足够大的
11、 水平平台上的 A 点放置一个光电门，水平平台上 A 点右侧摩擦很小，可忽略不计，左侧为粗 糙水平面实验步骤如下： 图 6 A在小滑块 a 上固定一个宽度为 d 的窄挡光片； B用天平分别测出小滑块 a(含挡光片)和小球 b 的质量 ma、mb； C在 a 和 b 间用细线连接，中间夹一被压缩了的水平轻质短弹簧，静止放置在平台上； D烧断细线后，a、b 瞬间被弹开，向相反方向运动； E记录滑块 a 通过光电门时挡光片的遮光时间 t； F小球 b 从平台边缘飞出后，落在水平地面的 B 点，用刻度尺测出平台距水平地面的高度 h 及平台边缘铅垂线与 B 点之间的水平距离 sb； G改变弹簧压缩量，进
12、行多次测量 (1)用螺旋测微器测量挡光片的宽度，如图乙所示，则挡光片的宽度为_mm. (2)该实验要验证动量守恒定律， 则只需验证两物体 a、 b 弹开后的动量大小相等， 即_ _.(用上述实验所涉及物理量的字母表示，当地重力加速度为 g) 答案 (1)2.550 (2)mad t mbsb g 2h 解析 (1)螺旋测微器的固定刻度读数为 2.5 mm， 可动刻度读数为 0.015.0 mm0.050 mm， 所以最终读数为：2.5 mm0.050 mm2.550 mm. (2)烧断细线后，a 向左运动，经过光电门，根据速度公式可知，a 经过光电门的速度为：va d t，故 a 的动量为： pamad t. b 离开平台后做平抛运动，根据平抛运动规律可得： h1 2gt 2 sbvbt 解得：vbsb g 2h 动量大小：pbmbsb g 2h 若动量守恒，设向右为正，则有：0mbvbmava 即 mad tmbsb g 2h.