精英家教网 > 高中物理 > 题目详情
17.如图1所示是验证动量守恒定律的装置.利用两个大小相同的小球做对心碰撞来验证动量守恒定律,图中AB是斜槽,BC是水平槽,它们连接平滑,O点为中垂线所指的位置,实验时先不放置被碰球2,让球1从斜槽上的某一固定位置G由静止开始滑下,落到位于水平地面的记录纸上,留下痕迹,重复10次,然后将球2置于水平槽末端,让球1仍从位置G由静止滑下,和球2碰撞,碰后两球分别在记录纸上留下各自的痕迹,重复10次,实验得到小球的落点的平均位置分别为M、N、P.

(1)此实验中,下列说法正确的是ABCA.应使入射小球的质量大于被碰小球的质量B.调节实验装置时,要使固定在桌边的斜槽末端的切线水平C.每次使入射小球从槽上相同位置由静止滚下D.测出每次小球从抛出到落地的时间
(2)在以下选项中,哪些是本次实验必须进行的测量?答ABDA.水平槽上未放球时,测量球1落到O点的水平距离OP;B.球1与球2碰撞后,测量球1和球2落点位置到O点的距离OM、ON;C.测量球1或球2的直径;D.测量球1和球2的质量m1和m2(或两球质量之比);E.测量小球下落的高度
(3)实验中,我们可以仅通过测量C,来间接地测量小球碰撞前后的速度.A.小球开始释放高度h;B.小球抛出点距地面的高度H;C.小球做平抛运动的射程
(4)若实验的结果满足m1OP=m1OM+m2ON,就可以验证碰撞过程中动量守恒,若碰撞是弹性碰撞,那么还应满足的表达式为m1OP2=m1OM2+m2ON2,[用(2)中测量的量表示].
(5)释放多次后,取各落点位置的平均值,测得各落点痕迹到O点的距离:OM=13.10cm,OP=21.90cm,ON=26.04cm,用天平得入射小球1的质量m1=16.8g,被撞小球2的质量m2=5.6g.若将小球质量与水平位移的乘积作为“动量”,请将下面的数据处理表格填写完整.
OP/mOM/mON/m碰前总动量
p/(kg•m)
碰后总动量
p′/(kg•m)
相对误差
$|\frac{p′-p}{p}|×100%$
0.21900.3100.26043.68×10-3  
根据上面表格中的信息处理数据,你认为能得到的结论是:在误差允许的范围内,磁撞前后动量守恒..

分析 A小球和B小球相撞后,B小球的速度增大,A小球的速度减小,所以碰撞后A球的落地点距离O点最近,B小球离O点最远,中间一个点是未放B球时A的落地点,小球碰撞前后都做平抛运动,竖直方向位移相等,所以运动的时间相同,水平方向做匀速直线运动,速度等于水平位移除以时间,所以可以用水平位移代替速度,根据动量的公式计算出碰撞前后动量的值.

解答 解:(1)A、为了使小球碰后不被反弹,要求被碰小球质量大于碰撞小球质量,故A正确;
B、要保证每次小球都做平抛运动,则轨道的末端必须水平,故B正确;
C、要保证碰撞前的速度相同,所以入射球每次都要从同一高度由静止滚下,故C正确.
D、本实验中两小球落地时间相同,故不需要测量下落时间;故D错误;
(2)A、水平槽上未放B球时,测量A球落点位置到O点的距离,即测量出碰撞前A球的速度,故A正确;
B、A球与B球碰撞后,测量A球落点位置到O点的距离,即测量出碰撞后A球的速度,故B正确;
C、不需要测量A球或B球的直径,故C错误;
D、测量A球和B球的质量(或两球质量之比),用来表示出球的动量;
E、不需要测量G点相对于水平槽面的高度,故E错误.
故选ABD.
(3)若两球相碰前后的动量守恒,则m1v0=m1v1+m2v2,又OP=v0t,OM=v1t,ON=v2t,代入得:m1OP=m1OM+m2ON;
若碰撞是弹性碰撞,满足动能守恒,则:$\frac{1}{2}{m}_{1}{v}_{0}^{2}=\frac{1}{2}{m}_{1}{v}_{1}^{2}+\frac{1}{2}{m}_{2}{v}_{2}^{2}$,代入得;m1OP2=m1OM2+m2ON2
 (4)A与B相撞后,B的速度增大,A的速度减小,碰前碰后都做平抛运动,高度相同,落地时间相同,所以P点是没有碰时A球的落地点,N是碰后B的落地点,M是碰后A的落地点;
碰后A的动量为:PA=mAxOM
碰后B的动量为:PB=mBxON
所以碰后总动量为:p′=mAxOM+mBxON=3.66×10-3kg•m
相对误差为:|$\frac{{p}^{'}-p}{p}$|×100%=$\frac{3.7{×10}^{-3}-3.68{×10}^{-3}}{3.68{×10}^{-3}}×100%$=0.54%
则可知,在误差允许的范围内,磁撞前后动量守恒;
故答案为:(1)ABC;(2)ABD;(3)C;(4)m1OP=m1OM+m2ON;m1OP2=m1OM2+m2ON2
(5)3.66×10-3
0.54%;
在误差允许的范围内,磁撞前后动量守恒.

OP/mOM/mON/m碰前总动量
p/kg•m
碰后总动量
p′/kg•m
相对误差
|$\frac{{p}^{'}-p}{p}$|×100%
0.21900.13100.26043.68×10-33.7×10-30.54%

点评 该题考查用“碰撞试验器”验证动量守恒定律,该实验中,虽然小球做平抛运动,但是却没有用到速和时间,而是用位移x来代替速度v,成为是解决问题的关键.此题难度中等,属于中档题.

练习册系列答案
相关习题

科目:高中物理 来源: 题型:多选题

4.甲、乙两辆汽车均以相同速度行驶,下列关于参考系数的说法正确的是(  )
A.如果两辆汽车均向东行驶,若以甲车为参考系,乙车是静止的
B.如果观察的结果是两辆车均静止,参考系只能是这两辆车中的一辆
C.如果以在甲车中一走动的人为参考系,乙车仍是静止的
D.如甲车突然刹车停下,乙车仍向东行驶,以乙车为参考系,甲车往西行驶

查看答案和解析>>

科目:高中物理 来源: 题型:填空题

5.在x轴上方有匀强磁场B=0.8T,方向垂直纸面向里,如下图所示.一质量m=9.0×10-15kg、带负电q=1.5×10-10C的粒子以速度v0=2.0×103m/s从坐标原点O以与x轴正方向间夹150°角的方向射入磁场.不计粒子重力.试确定它在磁场中回旋后穿过x轴飞出磁场时所经位置P的坐标值.

查看答案和解析>>

科目:高中物理 来源: 题型:解答题

5.如图所示,某一装置由一段倾斜的粗糙直轨道和光滑的圆形轨道连接而成,轨道处于竖直平面内,直轨道与水平面的夹角θ=37°,在圆形轨道的最低点A安装有压力传感器,一个小物块在直轨道上离地面的高度为h处静止释放,沿轨道运动通过A点时压力传感器测得物块对轨道的压力F,改变h的大小可得到相应F的大小,其变化关系图如图所示,已知圆形轨道的半径R=0.24m,重力加速度g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,认为物块通过A点时不改变速度的大小,求:

(1)物块与直轨道间的滑动摩擦因数μ是多少?
(2)要使小物块沿圆形轨道运动到最高点,h值至少为多少?

查看答案和解析>>

科目:高中物理 来源: 题型:选择题

12.一演员表演飞刀绝技,从水平地面上的A、B、C三处先后斜抛出完全相同的三把飞刀,分别经过时间tA、tB、tC,均垂直打在竖直木板上的P点,如图所示.假设不考虑飞刀的转动以及空气阻力,并可将刀看做质点.以下说法正确的是(  )
A.tA>tB>tC
B.三把刀在击中板时动能相同
C.三把刀中初动能最大的是从A处飞出的刀
D.三把刀中初速度与水平方向夹角最大的是从A处飞出的刀

查看答案和解析>>

科目:高中物理 来源: 题型:解答题

2.如图,水平地面上有一个坑,其竖直截面为$\frac{1}{4}$圆,a点为圆心,圆半径为R,ab沿水平方向的半径,若在a点以某一初速度沿ab方向抛出一小球,小球会击中坑壁上的c点,已知c点与水平地面的距离为圆半径的一半,求:
(1)小球的初速度;
(2)小球落在c点的速度方向与水平面间的夹角的正切值;
(3)小球的初速度不同时,小球会击中坑内的不同位置,击中坑时动能也不同,求小球的初速度多大时,小球击中坑时有最小的动能,最小的动能多大?

查看答案和解析>>

科目:高中物理 来源: 题型:选择题

9.汽车以10m/s的速度做匀速直线运动,见前面有障碍物立即刹车,刹车后加速度大小为2m/s2,则汽车刹车后2s内及刹车后6s内通过的位移之比为(  )
A.16:25B.2:3C.3:4D.2:5

查看答案和解析>>

科目:高中物理 来源: 题型:解答题

6.某同学家里有一个“3.8V,1.5W”的小灯泡.

①该同学使用多用电表粗略测量小灯泡不工作时的电阻.请你根据实验要求,完成下列实验步骤.a.用螺丝刀旋动指针定位螺丝,使指针对准电流的“0”刻线;b.将选择开关旋转到电阻档×1 的位置(“×1”、“×10”、“×100”);c.将红、黑表笔插入插孔,黑红表笔短接,调节欧姆调零旋钮,使指针偏转到满偏电流处,然后将黑红表笔接到小灯泡两端;d.表盘指针位置如图1所示,小灯泡不工作时的电阻约为4.5Ω;e.测量完毕,拔出两表笔,将选择开关旋转到交流电压最高档.
②为描绘该小灯泡的伏安特性曲线,到实验室寻找到了一些仪器,规格及数量如下:
A.电流表一只(量程0~0.6A,内阻约为0.5Ω)
B.电压表一只(0~3V,内阻约为3kΩ)
C.滑动变阻器R1(0~10Ω,额定电流为2A)
D.滑动变阻器R2(0~200Ω,额定电流为0.2A)
E.蓄电池(电动势6V,内电阻约为0.5Ω)
F.开关、导线若干,待测灯泡一个
在描绘小灯泡伏安特性曲线时,选择合适的器材,连接实验电路如图2,在连接电压表时发现,电压表的量程不能满足实验要求,该同学想到用多用电表直流电压档完成实验,将选择开关旋转到直流电压“5V”档(内阻约为几千欧姆),然后将黑表笔接在a,红表笔接在b (填a、b或c),完成实验.

查看答案和解析>>

科目:高中物理 来源: 题型:选择题

7.汽车以108km/h的速度匀速行驶,其中108km/h相当于(  )
A.10m/sB.15m/sC.20 m/sD.30 m/s

查看答案和解析>>

同步练习册答案