第第頁浙江專版2023-2024學(xué)年新教材高中物理新人教版選擇性必修第一冊(cè)1.4實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律（課件+訓(xùn)練提升）（2份）(共35張PPT)

4實(shí)驗(yàn):驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律

實(shí)驗(yàn)熱點(diǎn)探究突破

隨堂訓(xùn)練

實(shí)驗(yàn)探究方案梳理

實(shí)驗(yàn)探究方案梳理

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.明確驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)思路。

2.掌握同一條直線上運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)物體碰撞前后的速度的測(cè)量方法。

3.掌握實(shí)驗(yàn)操作步驟和所需的實(shí)驗(yàn)儀器的性能。

4.知道實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng),會(huì)進(jìn)行誤差分析,并在實(shí)驗(yàn)中盡量減小誤差。

實(shí)驗(yàn)原理

在一維碰撞中,與物體運(yùn)動(dòng)有關(guān)的物理量只有物體的質(zhì)量和物體的速度,設(shè)兩個(gè)物體的質(zhì)量分別為m1、m2,碰撞前的速度分別為v1、v2,碰撞后的速度分別為v1'、v2'。如果速度方向與規(guī)定的正方向一致,則速度取正值,否則取負(fù)值。依據(jù)動(dòng)量守恒定律,則有公式m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'成立。

方案1研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒

實(shí)驗(yàn)器材

氣墊導(dǎo)軌、數(shù)字計(jì)時(shí)器、天平、滑塊(兩個(gè))、重物、輕質(zhì)彈簧、細(xì)線、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥等。

實(shí)驗(yàn)步驟

1.測(cè)質(zhì)量:用天平測(cè)出滑塊質(zhì)量。

2.安裝:正確安裝好氣墊導(dǎo)軌。

3.實(shí)驗(yàn):接通電源,利用配套的數(shù)字計(jì)時(shí)器測(cè)出兩滑塊各種情況下碰撞前后的速度(①改變滑塊的質(zhì)量。②改變滑塊的初速度大小和方向)。

4.驗(yàn)證:一維碰撞中的動(dòng)量守恒。

數(shù)據(jù)處理

驗(yàn)證的表達(dá)式:m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'。

方案2研究斜槽末端小球碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒

實(shí)驗(yàn)器材

斜槽、鐵架臺(tái)、小球(兩個(gè))、天平、復(fù)寫紙、白紙、鉛垂線等。

實(shí)驗(yàn)步驟

1.測(cè)質(zhì)量:用天平測(cè)出兩小球的質(zhì)量,并選定質(zhì)量大的小球?yàn)槿肷湫∏颉?/p>

2.安裝:按照?qǐng)D甲所示安裝實(shí)驗(yàn)裝置。調(diào)整固定斜槽使斜槽底端水平。

3.鋪紙:白紙?jiān)谙?復(fù)寫紙?jiān)谏锨以谶m當(dāng)位置鋪放好。記下鉛垂線所指的位置O。

4.放球找點(diǎn):不放被撞小球,每次讓入射小球從斜槽上某固定高度處自由滾下,重復(fù)10次。用圓規(guī)畫盡量小的圓把所有的小球落點(diǎn)圈在里面,圓心P就是小球落點(diǎn)的平均位置。

5.碰撞找點(diǎn):把被撞小球放在斜槽末端,每次讓入射小球從斜槽同一高度自由滾下,使它們發(fā)生碰撞,重復(fù)實(shí)驗(yàn)10次。用步驟4的方法,標(biāo)出碰后入射小球落點(diǎn)的平均位置M和被撞小球落點(diǎn)的平均位置N,如圖所示。

6.驗(yàn)證:連接ON,測(cè)量線段OP、OM、ON的長度。將測(cè)量數(shù)據(jù)填入表中。最后代入m1·lOP=m1·lOM+m2·lON,看在誤差允許的范圍內(nèi)是否成立。

7.結(jié)束:整理好實(shí)驗(yàn)器材放回原處。

數(shù)據(jù)處理

驗(yàn)證的表達(dá)式:m1·lOP=m1·lOM+m2·lON。

誤差分析

1.系統(tǒng)誤差:主要來源于裝置本身是否符合要求。

(1)碰撞是否為一維碰撞。

(2)實(shí)驗(yàn)是否滿足動(dòng)量守恒的條件,如氣墊導(dǎo)軌是否水平,兩球是否等大,用長木板實(shí)驗(yàn)時(shí)是否平衡掉摩擦力。

2.偶然誤差:主要來源于質(zhì)量m和速度v的測(cè)量。

注意事項(xiàng)

1.前提條件:碰撞的兩物體應(yīng)保證“水平”和“正碰”。

2.方案提醒。

(1)若利用氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行驗(yàn)證,調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時(shí),應(yīng)注意利用水平儀確保導(dǎo)軌水平。

(2)若利用平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行驗(yàn)證,安裝實(shí)驗(yàn)裝置時(shí),應(yīng)注意調(diào)整斜槽,使斜槽末端水平,且選質(zhì)量較大的小球?yàn)槿肷湫∏颉?/p>

實(shí)驗(yàn)熱點(diǎn)探究突破

熱點(diǎn)1實(shí)驗(yàn)原理與操作

典例剖析

某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器探究碰撞中的不變量的實(shí)驗(yàn):在小車A的前端粘有橡皮泥,在小車A后連著紙帶,推動(dòng)小車A使之做勻速運(yùn)動(dòng),然后與原來靜止在前方的小車B相碰并粘合成一體,繼續(xù)做勻速運(yùn)動(dòng),他設(shè)計(jì)的具體裝置如圖甲所示。

(1)長木板右端下面墊放一小木塊的目的是___________。

(2)若已獲得的打點(diǎn)紙帶如圖乙所示,A為運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn),各計(jì)數(shù)點(diǎn)間距分別記為lAB、lBC、lCD和lDE,用天平測(cè)得A、B兩車的質(zhì)量分別為mA、mB,則需驗(yàn)證的表達(dá)式為___________。

答案:(1)平衡摩擦力(2)mA·lBC=(mA+mB)·lDE

解析:(1)長木板右端下面墊放一小木塊,目的是平衡摩擦力,使小車拖著紙帶在木板上能做勻速運(yùn)動(dòng)。

(2)從題圖中可以看出,B到C的時(shí)間等于D到E的時(shí)間,所以mA·lBC=(mA+mB)·lDE。

易錯(cuò)警示

利用軌道完成水平碰撞中的動(dòng)量守恒定律時(shí),若利用氣墊導(dǎo)軌,因其和滑塊之間有氣墊,摩擦力幾乎為零,所以不需要平衡摩擦力,只要把軌道調(diào)整水平即可;若利用長木板和兩小車相碰進(jìn)行驗(yàn)證,要注意平衡摩擦力。

學(xué)以致用

下圖為驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置,氣墊導(dǎo)軌置于水平桌面上,G1和G2為兩個(gè)光電門,A、B均為彈性滑塊,質(zhì)量分別為mA、mB,且mA大于mB,兩遮光片沿運(yùn)動(dòng)方向的寬度均為d,實(shí)驗(yàn)過程如下:

①調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌成水平狀態(tài);

②輕推滑塊A,測(cè)得A通過光電門G1的遮光時(shí)間為t1;

③A與B相碰后,B和A先后經(jīng)過光電門G2的遮光時(shí)間分別為t2和t3。

回答下列問題。

(1)實(shí)驗(yàn)中選擇mA大于mB的目的是。

(2)利用所測(cè)物理量的符號(hào)表示動(dòng)量守恒定律成立的式子為。

答案:(1)保證碰撞中滑塊A不反彈

熱點(diǎn)2數(shù)據(jù)處理與誤差分析

典例剖析

某同學(xué)用圖甲所示裝置通過大小相同的A、B兩小球的碰撞來驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律。圖中PQ是斜槽,實(shí)驗(yàn)時(shí)先使A球從斜槽上某一固定位置G由靜止開始滾下,落到位于水平地面的記錄紙上,留下痕跡,重復(fù)上述操作10次,得到10個(gè)落點(diǎn)痕跡。再把B球放在水平槽末端,讓A球仍從位置G由靜止開始滾下,和B球碰撞后,A、B球分別在記錄紙上留下各自的落點(diǎn)痕跡,重復(fù)這種操作10次。圖中O點(diǎn)是水平槽末端R在記錄紙上的垂直投影點(diǎn)。

甲

乙

(1)安裝器材時(shí)要注意,固定在桌邊上的斜槽末端的切線要沿方向。

(2)小球A的質(zhì)量m1與小球B的質(zhì)量m2應(yīng)滿足的關(guān)系是

m1(選填“>”“(3)4∶1

解析:(1)斜槽末端的切線要沿水平方向,才能保證兩個(gè)小球離開斜槽后做平拋運(yùn)動(dòng)。

(2)為防止碰撞后入射球反彈,入射球的質(zhì)量應(yīng)大于被碰球的質(zhì)量,即m1>m2。

(3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可得m1v0=m1v1+m2v2

由題圖乙可知lOM=15.5cm、lOH=25.5cm、lON=40.0cm,

又因下落時(shí)間相同,即可求得

m1lOH=m1lOM+m2lON

代入數(shù)據(jù)可得m1∶m2=4∶1。

特別提醒

利用平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律必須滿足以下條件。

1.軌道末端的切線必須是水平的。

2.入射球每次必須從同一高度滾下。

3.入射球的質(zhì)量必須大于被碰球的質(zhì)量。

4.入射球和被碰球的大小必須一致,以保證它們?cè)谒杰壍郎蠈?duì)心碰撞。

學(xué)以致用

某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖甲所示的裝置,通過半徑相同的A、B兩球的碰撞來研究碰撞過程中的動(dòng)量守恒,圖中PQ是斜槽,QR為水平槽,A球的質(zhì)量大于B球的質(zhì)量,實(shí)驗(yàn)時(shí)先使A球從斜槽上某一固定位置G由靜止開始滾下,落在位于水平地面上的記錄紙上,留下痕跡,重復(fù)上述操作10次,得到10個(gè)落點(diǎn)痕跡,再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方,讓A球仍從位置G由靜止開始滾下,和B球碰撞后,A、B球分別在記錄紙上留下各自的落點(diǎn)痕跡,重復(fù)這種操作10次。圖中O點(diǎn)是水平槽末端R在記錄紙上的垂直投影點(diǎn),B球落點(diǎn)痕跡如圖乙所示,其中米尺

水平放置,且平行于G、R、O所在的平面,米尺的零點(diǎn)與O點(diǎn)對(duì)齊。

(1)碰撞后B球的水平射程是cm。

(2)在以下的選項(xiàng)中,本次實(shí)驗(yàn)必須進(jìn)行的測(cè)量是。

A.水平槽上未放B球時(shí),A球落點(diǎn)位置到O點(diǎn)的距離

B.A球與B球碰撞后,A球落點(diǎn)位置到O點(diǎn)的距離

C.A、B兩球的質(zhì)量

D.G點(diǎn)相對(duì)于水平槽面的高度

答案:(1)64.5(64.2~64.8均可)(2)ABC

解析:(1)由于偶然因素的存在,重復(fù)操作時(shí)小球的落點(diǎn)不可能完全重合,處理的辦法是用一個(gè)盡可能小的圓將“所有落點(diǎn)位置”包括在內(nèi)(其中誤差較大的位置可略去),此圓的圓心即可看作小球落點(diǎn)的平均位置,碰撞后B球的水平射程等于圓心到O點(diǎn)的距離,由題圖乙可得此射程約為64.5cm。

(2)由于A、B離開水平槽末端后均做平拋運(yùn)動(dòng),平拋高度相同,運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等,因此可以用平拋運(yùn)動(dòng)的水平位移表示小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度,沒有必要測(cè)量G點(diǎn)相對(duì)于水平槽面的高度,故選項(xiàng)A、B均正確,D錯(cuò)誤;要驗(yàn)證碰撞前后的動(dòng)量守恒,必須測(cè)量A、B兩球的質(zhì)量,選項(xiàng)C正確。

隨堂訓(xùn)練

1.(多選)若用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器做驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn),下列操作正確的是()

A.相互作用的兩車上,一個(gè)裝上撞針,一個(gè)裝上橡皮泥,是為了改變兩車的質(zhì)量

B.相互作用的兩車上,一個(gè)裝上撞針,一個(gè)裝上橡皮泥,是為了碰撞后兩車粘在一起

C.先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源,再釋放拖動(dòng)紙帶的小車

D.先釋放拖動(dòng)紙帶的小車,再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源

答案:BC

解析:相互作用的兩車上,一個(gè)裝上撞針,一個(gè)裝上橡皮泥,是為了碰撞后兩車能粘在一起共同運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B正確;應(yīng)當(dāng)先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源,再釋放拖動(dòng)紙帶的小車,否則因運(yùn)動(dòng)距離較短,小車釋放以后再打開電源不容易得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),選項(xiàng)C正確,D錯(cuò)誤。

2.驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示,回答下列問題。

(1)每次小球下滑要從(選填“相同

位置”或“不同位置”)處由靜止釋放。

(2)實(shí)驗(yàn)裝置中應(yīng)保持斜槽末端。

(3)入射小球的質(zhì)量mA和被碰小球的質(zhì)量mB的大小關(guān)系是。

(4)在圖中,若已測(cè)得mA、mB、lOP、lOM、lON,小球半徑均為r,因此只需驗(yàn)證便可達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

答案:(1)相同位置

(2)切線水平

(3)mA>mB

(4)mAlOP=mAlOM+mB(lON-2r)

解析:(1)為了讓小球每次到達(dá)斜槽末端時(shí)的速度相同,應(yīng)讓小球每次從同一高度由靜止釋放。

(2)為了保證小球的初速度水平,所以必須保持斜槽末端切線水平。

(3)為防止碰撞過程入射球反彈,入射球的質(zhì)量應(yīng)大于被碰球的質(zhì)量,即mA>mB。

(4)小球離開軌道后做平拋運(yùn)動(dòng),由于小球拋出點(diǎn)的高度相等,小球的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t相等,如果碰撞過程動(dòng)量守恒,則mAvA=mAvA'+mBvB',兩邊同時(shí)乘以時(shí)間t得mAvAt=mAvA't+mBvB't,則mAlOP=mAlOM+mB(lON-2r)。4實(shí)驗(yàn):驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律

課后·訓(xùn)練提升

1.(多選)用如圖所示的裝置驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律時(shí),必須注意的事項(xiàng)是()

A.A到達(dá)最低點(diǎn)時(shí),兩球的球心連線可以不水平

B.實(shí)驗(yàn)時(shí),拉起A球,應(yīng)由靜止釋放,以便較準(zhǔn)確地計(jì)算小球碰前的速度

C.多次測(cè)量減小誤差時(shí),A球必須從同一高度落下

D.A、B兩小球碰后可以粘合在一起共同運(yùn)動(dòng)

答案BCD

解析要保證一維對(duì)心碰撞,必須保證碰撞時(shí)兩球球心在同一高度,即同一水平線上,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;為了較準(zhǔn)確地利用機(jī)械能守恒定律計(jì)算小球碰前的速度,小球釋放時(shí)速度必須為零,選項(xiàng)B正確;實(shí)驗(yàn)要求多次測(cè)量求平均值以減小誤差,必須保證過程的重復(fù)性,A球必須從同一高度落下,選項(xiàng)C正確;兩球正碰后,有多種可能的運(yùn)動(dòng)情況,選項(xiàng)D正確。

2.氣墊導(dǎo)軌工作時(shí)能夠通過噴出的氣體使滑塊懸浮從而基本消除掉摩擦力的影響,因此成為重要的實(shí)驗(yàn)器材,氣墊導(dǎo)軌和光電門、數(shù)字毫秒計(jì)配合使用能完成許多實(shí)驗(yàn)?，F(xiàn)提供以下實(shí)驗(yàn)器材。

利用以上實(shí)驗(yàn)器材可以完成驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)。為完成此實(shí)驗(yàn),某同學(xué)將實(shí)驗(yàn)原理設(shè)定為m1v0=(m1+m2)v。

(1)針對(duì)此原理,應(yīng)選擇的器材為(填寫器材字母)。

(2)在所選的器材中,(填寫器材字母)器材對(duì)應(yīng)原理中的m1。

答案(1)A、B、C(2)B

解析(1)題給原理說明碰撞前只有一個(gè)滑塊運(yùn)動(dòng),碰撞后兩滑塊結(jié)合為一體,所以需要A、B、C。

(2)碰前運(yùn)動(dòng)的滑塊需要測(cè)其速度,所以應(yīng)選帶遮光板的B作為m1。

3.把兩個(gè)大小相同、質(zhì)量不等的金屬球用細(xì)線連接起來,中間夾一被壓縮的輕彈簧,置于摩擦可以忽略不計(jì)的水平桌面上,如圖所示?，F(xiàn)燒斷細(xì)線,觀察兩球的運(yùn)動(dòng)情況,進(jìn)行必要的測(cè)量,研究物體間發(fā)生相互作用時(shí)的動(dòng)量守恒。

(1)還必須添加的器材有。

(2)需直接測(cè)量的數(shù)據(jù)是。

(3)需要驗(yàn)算的表達(dá)式如何表示

答案(1)刻度尺、白紙、復(fù)寫紙、圖釘、鉛垂線、木板、天平

(2)兩球的質(zhì)量m1、m2,兩球碰后的水平射程x1、x2

(3)m1x1=m2x2

解析兩球彈開后,分別以不同的速度離開桌面做平拋運(yùn)動(dòng),兩球做平拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間相等,均為t=(h為桌面離地的高度)。根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律,由兩球落地點(diǎn)距拋出點(diǎn)的水平距離x=vt知,兩球水平速度之比等于它們的水平射程之比,即v1∶v2=x1∶x2,所以本實(shí)驗(yàn)中只需測(cè)量x1、x2即可。測(cè)量x1、x2時(shí)需準(zhǔn)確記下兩球落地點(diǎn)的位置,故需要刻度尺、白紙、復(fù)寫紙、圖釘、鉛垂線、木板等。若要探究m1x1=m2x2是否成立,還需用天平測(cè)量兩球的質(zhì)量m1、m2。

4.用圖甲所示的儀器可以驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律,即研究兩個(gè)小球在軌道水平部分碰撞前后的動(dòng)量關(guān)系。O點(diǎn)是小球拋出時(shí)球心在地面上的垂直投影點(diǎn),實(shí)驗(yàn)時(shí),先讓入射小球多次從斜軌上S位置由靜止釋放,找到落地點(diǎn)的平均位置P,測(cè)量平拋水平射程lOP。然后把被碰小球靜置于水平軌道的末端,再將入射小球從斜軌上S位置由靜止釋放,與被碰小球相撞,入射小球與被碰小球的質(zhì)量分別為m1、m2,多次重復(fù)實(shí)驗(yàn),找到兩個(gè)小球落地的平均位置M、N。

甲

乙

(1)下列器材選取或?qū)嶒?yàn)操作符合實(shí)驗(yàn)要求的是。

A.可選用半徑不同的兩小球

B.選用兩球的質(zhì)量應(yīng)滿足m1>m2

C.需用停表測(cè)量小球在空中飛行的時(shí)間

D.斜槽軌道必須光滑

(2)圖乙是被碰小球的多次落點(diǎn)痕跡,由此可確定其落點(diǎn)的平均位置對(duì)應(yīng)的讀數(shù)為cm。

(3)在某次實(shí)驗(yàn)中,測(cè)量出兩小球的質(zhì)量分別為m1、m2,三個(gè)落點(diǎn)的平均位置與O點(diǎn)的距離分別為lOM、lOP、lON。在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi),若滿足關(guān)系式,即驗(yàn)證了碰撞前后兩小球組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒(用所給符號(hào)表示)。

答案(1)B(2)55.60(3)m1lOP=m1lOM+m2lON

解析(1)為保證兩球發(fā)生正碰,則必須選用半徑相同的兩小球,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;為保證入射小球不反彈,入射小球的質(zhì)量應(yīng)比被碰小球大,即m1>m2,故選項(xiàng)B正確;小球在空中做平拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間是相等的,因此不需要測(cè)量時(shí)間,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤;斜槽軌道沒必要必須光滑,只要到達(dá)底端時(shí)速度相同即可,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。

(2)確定小球落點(diǎn)平均位置的方法:用盡可能小的圈把所有的小球落點(diǎn)圈在里面,圓心P就是小球落點(diǎn)的平均位置。由題圖可得出碰撞后被碰小球的水平路程應(yīng)取為55.60cm。

(3)要驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律,即驗(yàn)證m1v1=m1v2+m2v3。小球離開軌道后做平拋運(yùn)動(dòng),它們拋出點(diǎn)的高度相等,在空中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t相等,根據(jù)數(shù)學(xué)知識(shí)可得m1v1t=m1v2t+m2v3t,化簡可得m1lOP=m1lOM+m2lON。

5.某同學(xué)利用如圖裝置研究碰撞中的動(dòng)量守恒:水平桌面上固定一直軌道,在其一端固定一勁度系數(shù)和長度合適的彈簧,另一端稍伸出桌外。用滑塊甲壓縮彈簧,然后由靜止釋放,滑塊甲從軌道飛出做平拋運(yùn)動(dòng),測(cè)出其平拋的水平位移為x1;接著將滑塊乙放在軌道的末端,靠近彈簧的這一面粘有橡皮泥,仍然用滑塊甲去壓縮彈簧,然后由靜止釋放,甲運(yùn)動(dòng)至末端與乙碰后粘在一起飛出做平拋運(yùn)動(dòng),測(cè)出其平拋運(yùn)動(dòng)的水平位移為x2?？諝庾枇珊雎圆挥?jì)。

(1)下列說法正確的是()

A.軌道必須調(diào)整為水平

B.滑塊甲受到的摩擦力會(huì)引起實(shí)驗(yàn)誤差

C.兩次彈簧的壓縮量應(yīng)相同

D.實(shí)驗(yàn)桌應(yīng)該盡量矮些

(2)除了題干中已測(cè)出的物理量外,還需要測(cè)出()

A.滑塊甲的質(zhì)量m1

B.滑塊乙的質(zhì)量m2

C.軌道末端離地面的高度h

D.彈簧的壓縮量x

(3)實(shí)驗(yàn)中用來驗(yàn)證的表達(dá)式為(用上述符號(hào)表示)。

答案(1)AC

(2)AB

(3)m1x1=(m1+m2)x2

解析(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)的原理可知,物塊離開軌道后應(yīng)做平拋運(yùn)動(dòng),所以必須調(diào)整軌道為水平,故選項(xiàng)A正確;乙在軌道的末端與甲發(fā)生碰撞,無論軌道是否光滑,甲到達(dá)軌道末端的速度是相等的,對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果沒有影響,故選項(xiàng)B錯(cuò)誤;為保證甲到達(dá)軌道末端的速度是相等的,需要兩次彈簧的壓縮量相同,故選項(xiàng)C正確;桌面的高矮影響做平拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間,但兩次的時(shí)間是相等的,所以桌面的高矮不影響實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。

(2)設(shè)甲到達(dá)軌道末端的速度為v1,與乙碰撞后的速度為v2,做平拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t,則

x1=v1t,x2=v2t①

選取甲開始時(shí)速度的方向?yàn)檎较?則水平方向不變量表達(dá)式為m1v1=(m1+m2)v2②

聯(lián)立①②可得m1x1=(m1+m2)x2

可知與軌道末端離地面的高度h以及彈簧的壓縮量都無關(guān),需要測(cè)量的物理量為滑塊甲的質(zhì)量m1和滑塊乙的質(zhì)量m2,故選項(xiàng)A、B正確,C、D錯(cuò)誤。

(3)由以上的分析可知,實(shí)驗(yàn)中用來驗(yàn)證的表達(dá)式為m1x1=(m1+m2)x2。

6.用如圖所示裝置來進(jìn)行驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn),質(zhì)量為mB的鋼球B放在小支柱N上,離地面高度為h;質(zhì)量為mA的鋼球A用細(xì)線拴好懸掛于O點(diǎn),當(dāng)細(xì)線被拉直時(shí)O點(diǎn)到球心的距離為l,且細(xì)線與豎直線之間夾角為α。球A由靜止釋放,擺到最低點(diǎn)時(shí)恰與球B發(fā)生正碰,碰撞后,A球把輕質(zhì)指示針C推移到與豎直線夾角為β處;B球落到地面上,地面上鋪有一張覆蓋有復(fù)寫紙的白紙D,用來記錄球B的落點(diǎn)。保持α角度不變,多次重復(fù)上述實(shí)驗(yàn),在白紙上記錄到多個(gè)B球的落地點(diǎn)。

(1)圖中s應(yīng)是B球初始位置到的水平距離。

(2)為了驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律,應(yīng)測(cè)得等物理量。

(3)用測(cè)得的物理量表示:mAvA=,mAvA'=,

mBvB'=。

答案(1)落地點(diǎn)

(2)mA、mB、l、α、β、h、s

(3)mAmAmBs

解析(1)B碰撞前靜止,碰后做平拋運(yùn)動(dòng),要求其平拋運(yùn)動(dòng)的初速度則需了解B碰后的水平位移,則s為B球的初始位置到落地點(diǎn)的水平距離。

(2)(3)由平拋運(yùn)動(dòng)的知識(shí)可得B碰后的速度為vB'==s·。由機(jī)械能守恒定律可得A碰前的速度為vA=,同理可得A碰后的速度為vA'=。顯然需要測(cè)得的物理量有mA、mB、l、α、β、h、s。

7.利用氣墊導(dǎo)軌通過頻閃照相進(jìn)行驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律這一實(shí)驗(yàn)。

某次實(shí)驗(yàn)時(shí),碰撞前B滑塊靜止,A滑塊勻速向B滑塊所處方向運(yùn)動(dòng)并發(fā)生碰撞,利用頻閃照相的方法連續(xù)4次拍攝得到的頻閃照片如圖所示。

已知相鄰兩次閃光的時(shí)間間隔為T,在這4次閃光的過程中,A、B兩滑塊均在0~80cm內(nèi),且第1次閃光時(shí),滑塊A恰好位于x=10cm處。若A、B兩滑塊的碰撞時(shí)間及閃光持續(xù)的時(shí)間極短,均可忽略不計(jì),則可知碰撞發(fā)生在第1次閃光后的時(shí)刻,A、B兩滑塊質(zhì)量之比mA∶mB=。

答案2.5T2∶3

解析已知第1次閃光時(shí),滑塊A恰好位于x=10cm處;由題圖可知,第2次閃光時(shí)A在x=30cm處;第3