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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...

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.

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了动量守恒定律?写出运算过程.

 

见解析. 【解析】 试题按定义,物体运动的瞬时速度大小v为:① 式中为物块在很短时间内走过的路程,设纸带上打出相邻两点的时间间隔为,则 ② 可视为很短;设在A碰撞前后瞬时速度大小分别为v0,v1,将②式和图给实验数据代入①式可得: v0=2.00m/s ③ v1=0.970m/s ④ 设B在碰撞后的速度大小为v2,由①式有 代入题所给的数据可得:v2=2.86m/s ⑥ 设两滑块在碰撞前后的动量分别为P和P’,则 P=m1v0⑦ P’=m2v1+m2v2⑧ 两滑块在碰撞前后总动量相对误差的绝对值为 ⑨ 联立③④⑥⑦⑧⑨式并代入有关数据,可得:⑩ 因此,本实验在允许的误差范围内验证了动量守恒定律.
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考点分析:
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气垫导轨(如图甲)工作时,空气从导轨表面的小孔喷出,在导轨表面和滑块内表面之间形成一层薄薄的空气层,使滑块不与导轨表面直接接触,大大减小了滑块运动时的阻力.为了验证动量守恒定律,在水平气垫导轨上放置两个质量均为a的滑块,每个滑块的一端分别与穿过打点计时器的纸带相连,两个打点计时器所用电源的频率均为b.气垫导轨正常工作后,接通两个打点计时器的电源,并让两滑块以不同的速度相向运动,两滑块相碰后粘在一起继续运动.图乙为某次实验打出的、点迹清晰的纸带的一部分,在纸带上以同间距的6个连续点为一段划分纸带,用刻度尺分别量出其长度s1s2s3.若题中各物理量的单位均为国际单位,那么,碰撞前两滑块的动量大小分别为__________________,两滑块的总动量大小为_________;碰撞后两滑块的总动量大小为_________.重复上述实验,多做几次.若碰撞前、后两滑块的总动量在实验误差允许的范围内相等,则动量守恒定律得到验证.

 

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如图,用碰撞实验器可以验证动量守恒定律,即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。

(1)实验中,直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的,但是,可以通过仅测量________(填选项前的符号),间接地解决这个问题。

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

(2)图中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影。实验时,先将入射球m1多次从斜轨上S位置由静止释放,找到其平均落地点的位置P,测量平抛射程OP。然后,把被碰小球m2静止于轨道的水平部分,再将入射小球m1从斜轨上S位置由静止释放,与小球m2相撞,并多次重复。(小球质量关系满足m1> m2

接下来要完成的必要步骤是__________(填选项前的符号)

A.用天平测量两个小球的质量m1m2

B.测量小球m1开始释放高度h

C.测量抛出点距地面的高度H

D.分别找到m1m2相碰后平均落地点的位置MN

E.测量平抛射程OMON

(3)若两球相碰前后的动量守恒,其表达式可表示为______________________[(2)中测量的量表示]

 

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完成例6中的实验后,某实验小组对上述装置进行了改造,如图所示,在水平槽末端与水平地面间放置了一个斜面,斜面的上端与水平槽等高且无缝连接,刚开始不放小球B,使小球A从斜槽上某固定点C由静止滚下,然后在水平槽末端放上小球B,使小球A仍从C点由静止滚下,得到两球落在斜面上的平均落点MPN.用刻度尺测得斜面上端到MPN三点的距离分别为,则验证两球碰撞过程中系统的质量和速度的乘积不变的表达式为_________________________________________(用所测物理量的字母表示,小球AB质量分别为.

 

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完成题目中的实验后,实验小组对上述装置进行了如图所示的改变.

a.在木板表面先后钉上白纸和复印纸,并将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C由静止释放,撞到木板并在白纸上留下痕迹O

b.将木板向右平移适当的距离固定,再使小球A从原固定点C由静止释放,撞到木板上得到痕迹P

c.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C由静止释放,与小球B相碰后,两球撞在木板上得到痕迹MN

d.用刻度尺测量纸上O点到MPN三点的距离分别为,请你写出用直接测量的物理量来验证两球碰撞过程中系统的质量和速度的乘积不变的表达式:_____________________________________.(小球AB的质量分别为

 

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某实验小组在进行探究碰撞中的不变量的实验入射小球与被碰小球半径相同.

1)实验装置如图甲所示先不放B小球,使A小球从斜槽上某一固定点C(图中未画出)由静止滚下,落到位于水平地面的记录纸上留下痕迹,再把B小球静置于水平槽前端边缘处,让A小球仍从C处由静止滚下,A小球和B小球碰撞后分别落在记录纸上留下各自落点的痕迹.如图乙所示,记录纸上的O点是重锤所指的位置,MPN分别为落点的痕迹.未放B小球时,A小球落地点是记录纸上的________.

    

甲                           乙

2)实验中可以将表达式转化为来进行验证,其中为小球做平抛运动的水平位移,可以进行这种转化的依据是________.(请你选择一个最合适的答案)

A.小球飞出后的加速度相同

B.小球飞出后,水平方向的速度相同

C.小球在空中水平方向都做匀速直线运动,水平位移与时间成正比

D.小球在空中水平方向都做匀速直线运动,又因为从同高度平抛运动时间相同所以水平位移与初速度成正比。

 

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