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实验八验证动量守恒定律

(分值:40分)

温馨提示:此系列题卡,非选择题每空2分,分值不同题空另行标注

1.(7分)在“验证动量守恒定律”的实验中,为了避免平抛起点记录不准确以及实验操作过程中白纸的移动带来误差,某同学利用如图所示的装置进行了如下的操作:

①先调整斜槽轨道,使其末端的切线水平,在一块平木板表面先后钉上白纸和复写纸,并将该木板竖直立于靠近槽口处,使小球a从斜槽轨道上某固定点处由静止释放,撞到木板并在白纸上留下痕迹O;

②将木板向右平移适当的距离,再使小球a从原固定点由静止释放,撞在木板上并在白纸上留下痕迹B;

③把半径相同的小球b静止放在斜槽轨道水平段的最右端让小球a仍从原固定点由静止释放,和小球b相碰后,两球撞在木板上并在白纸上留下痕迹A和C;

④用刻度尺测量白纸上O点到A、B、C三点的距离分别为y1、y2和y3。

(1)两小球的质量关系:mamb(1分)(选填“”“”或“=”)。?

(2)上述实验除需测量白纸上O点到A、B、C三点的距离外,还需要测量的物理量有。?

A.木板向右移动的距离L

B.小球a和小球b的质量ma、mb

C.落到A、B、C三点的时间t

D.小球a和小球b的半径r

(3)用本实验中所测得的数据验证两小球碰撞过程动量守恒的表达式为;实验小组发现本次实验数据还可以验证两小球碰撞过程的机械能守恒,其表达式为。?

A.may2=may3+mby1

B.may2=may3+m

C.may2=

D.may2=

2.(7分)(2025·湖北黄石高三期末)用如图甲所示的装置,来验证碰撞过程中的动量守恒。图中PQ是斜槽,QR为水平槽,O点为水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点,A、B两球的质量之比mA∶mB=3∶1。先使A球从斜槽上固定位置G由静止释放,在水平地面的记录纸上留下落点痕迹,重复10次,得到10个落点。再把B球放在水平槽上的末端R处,让A球仍从位置G由静止释放,与B球碰撞,碰后A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹,重复10次。A、B两球在记录纸上留下的落点痕迹如图乙所示,其中米尺的零点与O点对齐。

(1)碰撞后A球的水平射程应取cm。?

(2)本实验巧妙地利用小球飞行的水平距离表示小球的水平速度。下面的实验条件中,不能使小球飞行的水平距离表示为水平速度的是。?

A.使A、B两小球的质量之比改变为5∶1

B.升高固定点G的位置

C.使A、B两小球的直径之比改变为1∶3

D.升高桌面的高度,即升高R点距地面的高度

(3)利用此次实验中测得的数据,在误差允许的范围内满足表达式(3分),则说明碰撞过程动量守恒。?

3.(9分)(2025·河北衡水高三期末)某实验小组利用如图(a)所示的装置进行实验来验证动量守恒定律。实验时,调节气垫导轨水平,用两小球将一轻弹簧压缩(小球和轻弹簧不连接)放在桌面的气垫导轨上,并在两小球之间用一轻绳拴接,某时刻烧断轻绳,轻弹簧将两小球弹开,轻弹簧的原长比气垫导轨的长度短。

请回答下列问题:

(1)为了完成实验,需要测量的物理量有。?

A.小球甲、乙的质量m1、m2

B.气垫导轨的上表面到水平面的高度h

C.小球甲、乙的落地点到气垫导轨左、右边缘的水平距离x1、x2

D.轻弹簧的压缩量Δx

E.重力加速度g

(2)保持弹簧的压缩量不变,重复操作,小球乙多次的落地点如图(b)所示,则该刻度尺的读数为cm。?

(3)为了完成动量守恒定律的验证,关系式成立的是[用第(1)问中所选的测量量表示]。?

(4)为了求解弹簧压缩时储存的弹性势能,除了第(1)问中测量的量外,还需要测量的物理量有(1分)[选填第(1)问中的选项],轻绳烧断瞬间,弹簧储存的弹性势能为Ep=[用第(1)问中、第(4)问中所选的测量量表示]。?

4.(8分)(2025·河北衡水模拟)某同学欲通过实验验证两物体碰撞过程中动量是否守恒。实验室提供器材如下:气垫导轨、一个侧边粘有橡皮泥的滑块总质量为m1、一个带撞针的滑块总质量为m2、天平、两个压力传感器及配件、两个相同的轻质弹簧。实验装置示意图如图所示:

实验步骤:

①按图安装好实验装置,注意将压力传感器固定在气垫导轨上并且轻质弹簧连接在传感器上。

②打开气泵给气垫导轨充气,将质量为m1的滑块静置在气垫导轨的左侧,将质量为m2的滑块向右水平推,使连接在右侧压力传感器上的弹簧压缩一些,然后将滑块由静止释放,两滑块碰撞后一起向左运动,并挤压连接在左侧压力传感器的弹簧。

③读取左、右两个压力传感器示数的最大值F1、F2。

(1)实验开始前,为了保证好动量守恒的条件,需要将气垫导轨调整为。?

(2)已知弹簧的劲度系数为k,弹簧具有的弹性势能Ep=1