1、 第 28 讲 验证动量守恒定律测【满分：110 分 时间：90 分钟】实验题1 （9 分）如图所示为实验室中探究碰撞中的不变量的实验装置示意图。（1）若入射小球质量为 m1，半径为 R1；被碰小球质量为 m2，半径为 R2，则_。Am 1m2, R1 R2 Bm 1m2, R1 m2, R1=R2 Dm 12,12 12,12,1=2 1” ， “=”或“m2。（2）要验证动量守恒定律，需测量小球的质量和三个落点到 B 点的距离。故提供的测量工具中必需的是AC。（3）碰撞前，小球 m1落在图中的 P 点，设其水平初速度为 。小球 m1、m 2发生碰撞后，m 1的落点在图中1的 M 点，设其水
2、平初速度为 ，m 2的落点在图中的 N 点，设其水平初速度为 。设斜面与水平间的倾角为1 2，由平抛运动规律得： 、=122 =1解得：1=22同理可得： 、1=222=22只要满足 即 ，就可以说明两球碰撞前后动量是守恒的。11+0=11+22 1=1+2点睛：验证动量守恒时，本应该测量速度关系，但可以借助规律只测位移，用位移关系代替速度关系。10 （9 分）碰撞一般分为弹性碰撞和非弹性碰撞,发生弹性碰撞时,系统的动量守恒、机械能也守恒;发生非弹性碰撞时,系统的动量守恒,但机械能不守恒.为了判断碰撞的种类,某实验兴趣小组设计了如下实验.实验步骤如下:按照如图所示的实验装置图,安装实物图;用石
3、蜡打磨轨道,使 ABC 段平整光滑,其中 AB 段是曲面,BC 段水平面,C 端固定一重垂线;O 是 C 点的竖直投影点,OC=H ,在轨道上固定一挡板 D,从贴紧挡板 D 处由静止释放质量为 m1 小球 1,小球1 落在 M 点,用刻度尺测得 M 点与 O 点距离 2l;在 C 的末端放置一个大小与小球 1 相同的小球 2,其质量为 m2 .现仍从 D 处静止释放小球 1,小球 1 与小球 2 发生正碰,小球 2 落在 N 点,小球 1 落在 P 点,测得 OP 为 l,ON 为 3l(1)小球 1 与小球 2 的质量之比 m 1:m2= _;(2)若两小球均看作质点,以两球为系统,碰前系统
4、初动能 Ek0 _。碰后系统末动能 Ek _,则系统机械能 _(填“守恒” “不守恒”),可以得出两球的碰撞是_碰撞. E k0 、E k 用题目中字母 H、m 2 、 和重力加速度 g 表示)【答案】 （1）3：1 （2） 守恒 弹性322 322【解析】 （i）球 1 运动到 C 端的速度为 v1，在空中做平抛运动水平方向：2l=v 1t，竖直方向：H= gt2，12解得：v 1=2l2由于球 1 两次均从同一高度自由下滑，到 C 端动能一样，速度均为 v1，设球 1 与球 2 碰撞后速度分别为：v1、v 2，解得：v 1=l ；v 2=3l2 2碰后系统末动能：E K= m1v1 2+
5、m2v2 2=12 12 322把质量与速度代入整理得：E K0=EK，则碰撞过程系统机械能守恒，两球碰撞是弹性碰撞；点睛：本题考查了验证动量守恒定律的实验，要注意分析清楚物体运动过程、知道完全弹性碰撞的条件是解题的前提与关键；应用平抛运动规律、动量守恒定律、动能的计算公式可以解题11 （10 分） （1） 在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用。下列说法符合历史事实的是_。A密立根通过油滴实验测得了基本电荷的数值B贝克勒尔通过对天然放射性现象的研究，发现了原子中存在原子核C居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋（ P0）和镭( Ra)两种新元素D卢瑟福通过 粒子散射实验，证实
6、了在原子核内存在质子E.汤姆孙通过阴极射线在电场和在磁场中的偏转实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成，并测出了该粒子的比荷（2） 现利用图（ 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，光电计时器（未完全画出）可以记录遮光片通过光电门的时间。实验测得滑块 A 质量 m1=0.310kg，滑块 B 的质量 m2=0.108kg，遮光片的宽度 d=1.00cm；打点计时器所用的交流电的频率为 f=50HZ。将光电门固定在滑块 B 的右侧，启动
7、打点计时器，给滑块 A 一向右的初速度，使它与 B 相碰；碰后光电计时器显示的时间为 ，碰撞前后打出的纸带如图（ b）所示。=3.500若实验允许的相对误差绝对值 最大为 5，本实验是否在误差范围内验证(|碰撞前后 总动 量之差碰前 总动 量 |100%）了动量守恒定律？写出运算过程_。【答案】 ACE 验证了动量守恒定律【解析】 （1）密立根通过油滴实验测得了基本电荷的数值，选项 A 正确；贝克勒尔通过对天然放射性现象的研究，证明原子核有复杂结构， 粒子散射实验说明原子中存在原子核，故 B 错误；居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋（P 0）和镭（R a）两种新元素，故 C 正确；卢瑟福通过 粒子
8、散射实验，证实了原子是由原子核和核外电子组成的，而不能说明原子核内存在质子，故 D 错误；汤姆孙通过阴极射线在电场和在磁场中的偏转实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成，并测出该粒子的比荷，故 E 正确。故选 ACE。（2）打点计时器的打点时间间隔 =1 150 0.02由此可知，在误差范围内验证了动量守恒定律12 （10 分）在“探究碰撞中的不变量”实验中常会用到气垫导轨，导轨与滑块之间形成空气垫，使滑块在导轨上运动时几乎没有摩擦。现在有滑块 A、B 和带竖直挡板 C、D 的气垫导轨，用它们探究碰撞中的不变量，实验装置如图所示（弹簧的长度忽略不计） 。采用的实验步骤如下：a用天平分别测出滑
9、块 A、B 的质量 、 ；b调整气垫导轨使之水平；c在 A、B 间放入一个被压缩的轻弹簧，用电动卡销锁定，静止放置在气垫导轨上；d用刻度尺测出 A 的左端至挡板 C 的距离 ；1e按下电钮放开卡销，同时开始计时，当 A、B 滑块分别碰撞挡板 C、D 时结束计时，记下 A、B 分别到达C、D 的运动时间 和 。1 2（1）实验中还应测量的物理量及其符号是_。（2）若取 A 滑块的运动方向为正方向，则放开卡销前，A、B 两滑块质量与速度乘积之和为_；A、B 两滑块与弹簧分离后，质量与速度乘积之和为_。若这两个和相等，则表示探究到了“碰撞中的不变量” 。（3）实际实验中，弹簧作用前后 A、B 两滑块质量与速度乘积之和并不完全相等，可能产生误差的原因有_A气垫导轨不完全水平B滑块 A、B 的质量不完全相等C滑块与导轨间的摩擦力不真正为零D质量、距离、时间等数据的测量有误差【答案】 (1) B 的右端至挡板 D 的距离 L2 (2)0 (3)ACD1122【解析】 （1）滑块的速度： ， ，如果动量守恒，则：m AvA-mBvB=0，把速度代入得：m A -mB=11 =22 11=0，22点睛：知道实验原理，应用动量守恒定律求出实验需要验证的表达式是正确解题的关键；利用位移或位移与时间的比值表示物体的速度是物理实验中常用的一种方法，要注意掌握
