1、验证动量守恒定律(建议用时25分钟)1.气垫导轨上有A、B两个滑块,开始时两个滑块静止,它们之间有一根被压缩的轻质弹簧,滑块间用绳子连接(如图甲所示),绳子烧断后,两个滑块向相反方向运动,图乙为它们运动过程的频闪照片,频闪的频率为10 Hz,由图可知:(1)A、B离开弹簧后,应该做_运动,已知滑块A、B的质量分别为200 g、300 g,根据照片记录的信息,从图中可以看出闪光照片有明显与事实不相符合的地方是_。(2)若不计此失误,分开后,A的动量大小为_kgm/s,B的动量大小为_kgm/s。本实验中得出“在实验误差允许范围内,两滑块组成的系统动量守恒”这一结论的依据是_。【解析】(1)A、B
2、离开弹簧后因水平方向不再受外力作用,所以均做匀速直线运动,在离开弹簧前A、B均做加速运动,A、B两滑块的第一个间隔都应该比后面匀速时相邻间隔的长度小。(2)周期T=0.1 s,v=,由题图知A、B匀速时速度大小分别为vA=0.09 m/s, vB=0.06 m/s,分开后A、B的动量大小均为p=0.018 kgm/s,方向相反,满足动量守恒,系统的总动量为0。答案:(1)匀速直线A、B两滑块的第一个间隔(2)0.0180.018A、B两滑块作用前后总动量不变,均为02.(2020梧州模拟)某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞过程中不变量的实验:在小车A的前端粘有橡皮泥,推动小车A使之做匀速直线
3、运动,然后与原来静止在前方的小车B相碰并黏合成一体,继续做匀速直线运动,他设计的具体装置如图所示,在小车A后连着纸带,电磁打点计时器电源频率为50 Hz,长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力。(1)若已得到打点纸带如图所示,并测得各计数点间距离标在图上,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(均选填“AB”“BC”“CD”或“DE”)。(2)已测得小车A的质量mA=0.40 kg,小车B的质量mB=0.20 kg,由以上测量结果可得,碰前:mAvA+mBvB=_kgm/s;碰后:mAvA+mBvB=_kgm/s。【解析】(1)由于碰撞之后共同匀速运动
4、的速度小于碰撞之前A独自运动的速度,故AC段应在碰撞之前,DE段应在碰撞之后。推动小车由静止开始运动,故小车有个加速过程,在碰撞前做匀速直线运动,即在相同的时间内通过的位移相同,故BC段为匀速运动的阶段,故选BC段计算碰前的速度;碰撞过程是一个变速运动的过程,而A和B碰后共同运动时做匀速直线运动,故在相同的时间内通过相同的位移,故应选DE段来计算碰后共同的速度。(2)碰前系统的动量即A的动量,则p1=mAv1=mA=0.40 kgm/s=0.420 kgm/s碰后的总动量p2=(mA+mB)v2=(mA+mB)=(0.40+0.20) kgm/s=0.417 kgm/s碰撞前后动量近似相等。答
5、案:(1)BCDE(2)0.4200.4173.如图所示,将气垫导轨水平放置做“验证动量守恒定律”实验。碰撞时难免有能量损失,只有当某个物理量在能量损失较大和损失较小的碰撞中都不变,它才有可能是我们寻找的不变量。如图甲所示,用细线将两个滑块拉近,把弹簧压缩,然后烧断细线,弹簧弹开后落下,两个滑块由静止向相反方向运动。如图乙所示,在两滑块相碰的端面装上弹性碰撞架,可以得到能量损失很小的碰撞。在滑块的碰撞端贴胶布,可以增大碰撞时的能量损失。如果在两个滑块的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥(图丙),碰撞时撞针插入橡皮泥中,使两个滑块连成一体运动,这样的碰撞中能量损失很大。若甲、乙、丙图中左侧滑块和右侧滑块
6、的质量都为m,两遮光片的宽度都为d,光电门记录的遮光片挡光时间如表所示。状态左侧光电门右侧光电门甲图装置碰前无无碰后T1T2乙图装置碰前T3无碰后无T4丙图装置碰前T3无碰后无T6、T6(1)根据实验数据,若采用乙图装置,碰后右侧滑块第一次通过光电门计时装置记录的挡光片挡光时间为T4。若采用丙图装置,碰后右侧滑块第一次通过光电门计时装置记录的挡光片挡光时间为T6。通过实验验证了这两次碰撞均遵守动量守恒定律,请你判断T4和T6的关系应为T4_T6(选填“”“”或“=”)。(2)利用图甲所示的实验装置能否测出被压缩弹簧的弹性势能的大小?如果可以,请根据实验中能够测出的物理量写出表达式。【解析】(1)乙图装置和丙图装置中,因为碰前左侧光电门的挡光时间都是T3,说明两次实验左侧滑块的初速度都相同。乙图中两滑块发生的是非完全弹性碰撞,动能损失一部分,丙图中两滑块发生的是完全非弹性碰撞,动能损失最多。因此,两种情况下碰后右侧滑块的速度,乙图的要大于丙图的,在遮光片的宽度相同时,通过光电门的时间T4T6。(2)利用图甲所示的实验装置能测出被压缩弹簧的弹性势能的大小。烧断细线前,系统的动能为零,只有弹性势能;烧断细线后,弹性势能完全转化为两滑块的动能;该过程中机械能守恒,所以只要计算烧断细线后两滑块的动能之和即可,即:Ep=(m+m)。答案:(1)(2)能Ep=(m+m)
