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高考物理二轮高频考点专题突破
专题36验证动量守恒定律
专练目标
专练内容
目标1
利用平抛运动规律验证动量守恒定律(1T—3T)
目标2
利用单摆验证动量守恒定律(4T—6T)
目标3
利用气垫导轨验证动量守恒定律(7T—9T)
目标4
利用打点计时器和位移传感器验证动量守恒定律(10T—12T)
目标5
利用匀减速直线验证动量守恒定律(13T—15T)
【典例专练】
一、利用平抛运动规律验证动量守恒定律
1.如图1所示,用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律,即研究两个小球碰撞前后的动量关系。图1中的O点为小球抛出点在记录纸上的垂直投影。实验时,先使A球多次从斜轨上位置P静止释放,找到其平均落地点的位置E。然后,把半径相同的B球静置于水平轨道的末端,再将A球从斜轨上位置P静止释放,与B球相碰后两球均落在水平地面上,多次重复上述A球与B球相碰的过程,分别找到碰后A球和B球落点的平均位置D和F。用刻度尺测量出水平射程。测得A球的质量为,B球的质量为。
(1)实验中,通过测量小球做平抛运动的水平射程来代替小球碰撞前后的速度。
①实验必须满足的条件有__________。
A.两球的质量必须相等????????????????????B.轨道末端必须水平
C.A球每次必须从轨道的同一位置由静止释放
②“通过测量小球做平抛运动的水平射程来代替小球碰撞前后的速度”可行的依据是___________。
A.运动过程中,小球的机械能保持不变
B.平抛运动的下落高度一定,运动时间相同,水平射程与速度大小成正比
(2)当满足表达式______时,即说明两球碰撞中动量守恒;如果再满足表达式_______时,则说明两球的碰撞为弹性碰撞。(用所测物理量表示)
(3)某同学在实验时采用另一方案:使用半径不变、质量分别为的B球。将A球三次从斜轨上位置P静止释放,分别与三个质量不同的B球相碰,用刻度尺分别测量出每次实验中落点痕迹距离O点的距离,记为。将三组数据标在图中。从理论上分析,图2中能反映两球相碰为弹性碰撞的是____________。
【答案】????BC##CB????B????????????A
【详解】(1)[1]A.为防止碰后小球A反弹,应使A的质量大于B的质量,故A错误;
B.为保证小球做平抛运动,轨道末端必须水平,故B正确;
C.为保证小球A到轨道末端时的速度相等,A球每次必须从轨道的同一位置由静止释放,故C正确。
故选BC。
[2]小球做平抛运动的过程,有;整理得,发现,平抛运动的下落高度一定,运动时间相同,水平射程与速度大小成正比。故选B。
(2)[3]因为可用小球做平抛运动的水平射程来代替小球抛出时的速度,根据动量守恒有
[4]若碰撞过程为弹性碰撞,则机械能守恒,有即
(3)[5]因为碰撞前,球A的速度不变,则球A单独落地时的一直不变。根据
整理得因为三组数据中球B的质量不同,故图像中,三个数据点与原点连线的斜率不同,且代入数据得斜分别为,,故选A。
2.为了验证碰撞中的动量守恒和检验两个小球的碰撞是否为弹性碰撞,某同学选取了两个体积相同、质量不相等的小球,按下述步骤做了如下实验:
①用天平测出两个小球的质量(分别为m1和m2,且m1m2)。
②按照如图所示的那样,安装好实验装置。将斜槽AB固定在桌边,使槽的末端处的切线水平,将一斜面BC连接在斜槽末端。
③先不放小球m2,让小球m1从斜槽顶端A处由静止开始滚下,记下小球在斜面上的落点位置。
④将小球m2放在斜槽末端边缘处,让小球m1从斜槽顶端A处由静止开始滚下,使它们发生碰撞,记下小球m1和m2在斜面上的落点位置。
⑤用毫米刻度尺量出各个落点位置到斜槽末端点B的距离,图中D、E、F点是该同学记下的小球在斜面上的几个落点位置,到B点的距离分别为LD、LE、LF。
(1)小球m1和m2发生碰撞后,m1的落点是图中的___________点,m2的落点是图中的___________点。
(2)用测得的物理量来表示,只要满足关系式___________,则说明碰撞中动量守恒。
(3)用测得的物理量来表示,只要再满足关系式___________,则说明两小球的碰撞是弹性碰撞。
【答案】????D????F????????
【详解】(1)[1][2]小球和小球相撞后,小球的速度增大,小球的速度减小,都做平抛运动,所以碰撞后球的落地点是D点,m2的落点是图中的F点。
(2)[3]碰撞前,小于落在图中的E点,设其水平初速度为,小球和发生碰撞后,的落点在图中的D点,设其水平初速度为,的落点是图中的F点,设其水平初速度为,设斜面BC与水平面的倾角为,由平抛运动规律得解得同理可解得
所以只要满足即则说明两球碰撞过程中动量守恒。
(3)[4]若两小球的碰撞是弹
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