题目内容

16.某实验小组在进行“验证动量守恒定律”的实验.入射球与被碰球半径相同.
①实验装置如图1所示.先不放B球,使A球从斜槽上某一固定点C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球静置于水平槽前端边缘处,让A球仍从 C处由静止滚下,A球和B球碰撞后分别落在记录纸上留下各自落点的痕迹.记录纸上的O点是重锤所指的位置,M、P、N分别为落点的痕迹.未放B球时,A球落地点是记录纸上的P点.
②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.用天平称得入射小球A的质量m1=16.8g,被碰小球B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碰后总劝量p′/kg•m相对误差
|$\frac{{p}^{′}-p}{p}$|×100%
0.21900.13100.26043.68×10-33.66×10-30.54%
根据上面表格中的数据处理数据,你认为能得到的结论是:在实验误差允许范围内,可认为系统在碰前和碰后的动量守恒.
③实验中可以将表达式m1v1=m1v1′+m2v2′转化为m1s1=m1s1′+m2s2′来进行验证,其中s1、s1′、s2′为小球平抛的水平位移.可以进行这种转化的依据是D.(请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,又因为从同一高度平抛,运动时间相同,所以水平位移与初速度成正比
④完成实验后,实验小组对上述装置进行了如图2所示的改变:
(I)在木板表面先后钉上白纸和复写纸,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;
(Ⅱ)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;
(Ⅲ)把半径相同的小球B静止放在斜槽轨道水平段的最右端,让小球仍从固定点C由静止开始滚下,与小球B相碰后,两球撞在木板上得到痕迹M和N;用刻度尺测量纸上O点到M、P、N三点的距离分别为y1、y2、y3.请你写出用直接测理的物理量来验证两球碰撞过程中动量守恒的表达式:m1$\sqrt{\frac{1}{{y}_{2}}}$=m1$\sqrt{\frac{1}{{y}_{3}}}$+m2$\sqrt{\frac{1}{{y}_{1}}}$.

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,小球离开水平轨道后做平抛运动,根据题意求出小球的速度,然后由动量守恒定律求出需要验证的表达式.

解答 解:①A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,所以未放B球时,A球落地点是记录纸上的P点;
②碰前总动量p=m1$\overline{OP}$=0.0168×0.219=3.68×10-3kg•m
碰后总动量p′=${m}_{1}\overline{OM}+{m}_{2}\overline{ON}$=0.0168×0.131+0.0056×0.2604=3.66×10-3kg•m,
相对误差$|\frac{{p}^{′}-p}{p}|×100%=\frac{(3.68-3.66)×1{0}^{-3}}{3.68×1{0}^{-3}}×100%$=0.54%
碰撞前后动量近似相等,在实验误差允许范围内,可认为系统在碰前和碰后的动量守恒;
③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,故D正确;
故选:D
④小球离开轨道后做平抛运动,设木板与抛出点之间的距离为x,由平抛运动规律得:
水平方向:x=vt,竖直方向:h=$\frac{1}{2}$gt2,解得:v=x$\sqrt{\frac{g}{2h}}$.
碰撞前,小于m1落在图中的P点,设其水平初速度为v0.小球m1和m2发生碰撞后,m1的落点在图中的N点,
设其水平初速度为v1,m2的落点是图中的M点,设其水平初速度为v2. 小球碰撞的过程中若动量守恒,
则:m1v0=m1v1+m2v2,即:m1•x$\sqrt{\frac{g}{2{y}_{2}}}$=m1•x$\sqrt{\frac{g}{2{y}_{3}}}$+m2•x$\sqrt{\frac{g}{2{y}_{1}}}$,
则验证两球碰撞过程中动量守恒的表达式为:m1$\sqrt{\frac{1}{{y}_{2}}}$=m1$\sqrt{\frac{1}{{y}_{3}}}$+m2$\sqrt{\frac{1}{{y}_{1}}}$;
故答案为:①P;②3.66×10-3;0.54%;在实验误差允许范围内,可认为系统在碰前和碰后的动量守恒;③D;④m1$\sqrt{\frac{1}{{y}_{2}}}$=m1$\sqrt{\frac{1}{{y}_{3}}}$+m2$\sqrt{\frac{1}{{y}_{1}}}$

点评 本题考查了求验证动量守恒的实验,理解实验原理是正确解题的关键,应用平抛运动规律即可正确解题,验证动量守恒定律中,学会在相同高度下,水平射程来间接测出速度的方法,难度适中.

练习册系列答案
相关题目

违法和不良信息举报电话:027-86699610 举报邮箱:58377363@163.com

精英家教网