- 验证动量守恒定律
- 共14题
（1）在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用。下列说法符合历史事实的是
A. 密立根通过油滴实验测得了基本电荷的数值
B. 贝克勒尔通过对天然放射性现象的研究，发现了原子中存在原子核
C. 居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋（P0）和镭(Ra)两种新元素
D. 卢瑟福通过а粒子散射实验，证实了在原子核内存在质子
E. 汤姆孙通过阴极射线在电场和在磁场中的偏转实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成，并测出了该粒子的比荷
（2）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
若实验允许的相对误差绝对值
正确答案
见解析
解析
（1）ACE
密立根通过油滴实验测出了基本电荷的数值为
（2）
按定义，物体运动的瞬时速度大小v为：
式中
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
两滑块在碰撞前后总动量相对误差的绝对值为
联立③④⑥⑦⑧⑨式并代入有关数据，可得：
因此，本实验在允许的误差范围内验证了动量守恒定律。
知识点
(1) 气垫导轨是常用的一种实验仪器，它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫，使滑块
悬浮在导轨上，滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦．我们可以用带竖直挡板C和D的气垫导轨和滑块A和B验证动量守恒定律，实验装置如图所示，采用的实验步骤如下：
a．松开手的同时，记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作，当A、B滑块分别碰撞C、D挡板时计时器结束计时，记下A、B分别到达C、D的运动时间t1和t2．
b．在A、B间水平放入一个轻弹簧，用手压住A、B使弹簧压缩，放置在气垫导轨上，并让它静止在某个位置．
c．给导轨送气，调整气垫导轨，使导轨处于水平．
d．用刻度尺测出A的左端至C板的距离L1；B的右端至D板的距离L2
①实验步骤的顺序是______
②实验中还需要的测量仪器是______
还需要测量的物理量是______
③利用上述测量的实验数据，验证动量守恒定律的表达式是______
④实验中弹簧与A、B滑块的连接是都粘连好还是只粘连一个（A或B），或者都不粘连好？理由是___ _．
（2）(9分)用中子轰击锂核( Li )发生核反应，产生氚和α粒子并放出4.8 MeV的能量．
①写出核反应方程式；
②求上述反应中的质量亏损为多少(保留两位有效数字)；
③若中子与锂核是以等大反向的动量相碰，则α粒子和氚的动能之比是多少？
正确答案
见解析
解析
（1）实验操作的顺序是c、b、d、a；……………1分
（2、3）滑块在气垫导轨上做匀速直线运动，根据A、B运行的距离和时间可以求出分开时的速度，根据动量守恒定律得，mAvA=mBvB，又vA=，vB=，则mA =mB
可知还需要测量A、B的质量mA、mB，所需的器材是天平．……………2分（每空1分）
（4）只与A、B中的某一个粘连好，这样把弹簧的质量考虑进去，会减小系统误差．最好不要和A、B都粘连，否则A、B可能碰不到C、D，使计时误差大．………2分（答案具有开放性）．
（2）解析：①Li＋n―→H＋He
②Δm＝＝ kg
≈8.5×10－30 kg
③设m1、m2、v1、v2分别为氦核、氚核的质量和速度，由动量守恒定律得0＝m1v1＋m2v2
氦核、氚核的动能之比Ek1∶Ek2＝∶＝m2∶m1＝3∶4.
知识点
一个物理学习小组利用图甲所示的装置和频闪相机来探究碰撞中的不变量。其实验步骤如下：
【步骤1】用天平测出A、B两个小球的质量mA、mB（mA>mB）；
【步骤2】安装好实验装置，使斜槽末端保持水平，调整好频闪相机的位置并固定；
【步骤3】让入射小球从斜槽上某一位置P由静止释放，小球离开斜槽后，用频闪相机记录下小球相邻两次闪光时的位置，照片如图乙所示；
【步骤4】将被碰小球放在斜槽末端，让入射小球从位置P由静止开始释放，使它们碰撞。两小球离开斜槽后，用频闪相机记录两小球相邻两次闪光时的位置，照片如图丙所示。
经多次实验，他们猜想碰撞前后物体的质量和速度的乘积之和不变。
① 实验中放在斜槽末端的小球是__________ （选填“A”或“B”）；
② 若要验证他们的猜想，需要在照片中直接测量的物理量有_______________（选填“x0”、“y0”、“x1”、“y1”、“x2”、“y2”）。写出该实验小组猜想结果的表达式________________________（用测量量表示）。
③ 他们在课外书中看到“两物体碰撞中有弹性碰撞和非弹性碰撞之分，碰撞中的恢复系数定义为
正确答案
见解析。
解析
① B
② x0、x1、x2
③ 0.88
知识点
(1)某实验小组探究一种热敏电阻的阻值随温度变化的规律。设计的实验装置如图甲，实验的主要步骤：
①在烧杯中加人适量冷水，正确连接电路，闭合开关，测量电阻R两端的电压和通过的电流，断开开关。将根据电流表、电压表示数计算的电阻值和温度计的示数填入表中；
②在烧杯中添加少量热水，闭合开关，测量电阻R两端的电压和通过的电流，断开开关。将根据电流表、电压表示数计算的电阻值和温度计示数填入表中；
③重复②的操作若干次，测得多组数据。
Ⅰ、请用笔画线代替导线，按图甲中的电路图将图乙连接完整；
Ⅱ实验测得的几组数据如下表：图丙、丁是第5次实验中电流表和电压表的示数，请计算电阻R值，并填入表中。
Ⅲ、请在图丁坐标中画出R—t的关系图线。
Ⅳ、由图线得到该热敏电阻阻值与温度的关系是________________________。
(2)(10分)某同学设计了一个用打点计时器验证动量守恒定律的实验：在小车A的前端粘有橡皮泥，推动小车A使之作匀速运动，然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体，继续作匀速运动，他设计的具体装置如图所示。在小车A后连着纸带，电火花打点计时器电源频率为50Hz。
①长木板下垫着小木片的目的是：_________________；
②该同学使用的是电火花打点计时器，每次实验应使用_______条纸带；
③若该同学已得到打点纸带如图所示，A为运动起始的第一点，则应选____________段来计算A的碰前速度，应选____________段来计算A和B碰后的共同速度。(以上两格填“AB”或“BC”或“CD”或“DE”)；
④已测得小车A的质量m1＝0.40kg，小车B的质量m2＝0.20kg。由以上测量结果可得：碰前总动量＝____________kg·m/s，碰后总动量＝____________ kg·m/s。
⑤该实验结果表明，在误差范围内碰撞前后系统的总动量________________________
正确答案
(1)Ⅰ、连线如图甲所示(2分)
Ⅱ、30(2分)；
Ⅲ、如图丁所示(2分)
Ⅳ、电阻大小随温度的升高而减小(2分)。
(2)①平衡摩擦力(1分)；
②2(1分)；
③BC，DE；(2分)；
④0.42(2分)，0.417(2分)；
⑤守恒(2分)。
解析
（2）BC段运动已稳定，在相等的时间内间隔大致相同，所以可以用来计算碰前A的速度。碰后DE段相等时间内的间隔大致相同，所以可以用来计算碰后的共同速度。碰前的速度为：
碰后的速度为：
碰前总动量P1＝m1v1＝0.40×1.05 kg·m/s=0.42 kg·m/s
碰后总动量P2＝(m1+m2)v2＝(0.40+0.20)×0.695 kg·m/s=0.417 kg·m/s
知识点
（1）用如图1所示的多用电表测量电阻，要用到选择开关K和两个部件S、T。请根据下列步骤完成电阻测量：
①旋动部件________，使指针对准电流的“0”刻线。
②将K旋转到电阻挡“×100”的位置。
③将插入“+”、“-”插孔的表笔短接，旋动部件_____，使指针对准电阻的_____（填“0刻线”或“∞刻线”。
④将两表笔分别与待测电阻相接，发现指针偏转角度过小，为了得到比较准确的测量结果，请从下列选项中挑出合理的步骤，并按_____的顺序进行操作，再完成读数测量。
A. 将K旋转到电阻挡“x1K”的位置
B. 将K旋转到电阻挡“x10”的位置
C. 将两表笔的金属部分分别与被测电阻的两根引线相接
D. 将两表笔短接，旋动合适部件，对电表进行校准
（2）如图2，用“碰撞试验器”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试验中，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_____（填选项前的序号），间接地解决这个问题
小球开始释放高度h
小球抛出点距地面得高度H
小球做平抛运动的射程
②图2中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影，实验时，先让入射球m1多次从轨上S位置静止释放，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位置静止释放，与小球m2相撞，并多次重复。
接下来要完成的必要步骤是_____（填选项的符号）
A. 用天平测量两个小球的质量m1、m2
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m1、m2相碰后平均落地点的位置M、S
E. 测量平抛射程OM，ON
③若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为__________（用②中测量的量表示）；
若碰撞是弹性碰撞。那么还应满足的表达式为__________（用②中测量的量表示）。
④经测定，m1=45.0g，m2=7.5g，小球落地点的平均位置到Ｏ点的距离如图３所示。
碰撞前，后m1的动量分别为p1与p-，则p1：p-=_____；若碰撞结束时m2的动量为p2，则p-：p2=11：_____。
实验结果说明，碰撞前、后总动量的比值
⑤有同学认为在上述实验中仅更换两个小球的材质，其它条件不变可以使被撞小球做平抛运动的射程增大。请你用④中已知的数据，分析计算出被撞小球m2平抛运动射程ON的最大值为 _____ cm。
正确答案
（1）①S ③T；0刻线 ④ADC
（2）①C ②ADE或DEA或DAE ③m1·OM+m2·ON=m1OP m1·OM2+m2·ON2=m1OP2 ④14 2.9 1~1.01 ⑤76.8
解析
（１）①多用电表的电流档校零，应该调整校零旋钮S使指针对准电流的“0”刻线。③欧姆档的调零，应该在表笔短接的情况下调解欧姆调零旋钮T，是指针指在欧姆刻度线的0刻线。④选择较大的欧姆档，将选择开关K旋转到电阻挡“×1k”的位置；将两表笔短接，旋动欧姆调零旋钮T，对欧姆表进行校准；将两表笔的金属部分分别与被测电阻的两根引线相接测电阻，所以为A、D、C。
（２）①由于本实验的碰撞是在同一高度，在空中运动时间相同，因而根据小球做平抛运动的射程就可知道碰撞后速度的大小之比，所以选C。
②本实验必须用天平测量两个小球的质量m１、m2，分别找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、N和测量平抛射程OM，ON，故选ADE。
③由于
④由于
所以为14；2.9；1～1.01。
⑤ 当两个球发生完全弹性碰撞时，被碰小球m2平抛运动射程ON的有最大值。弹性碰撞动量守恒
知识点
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