第38练实验八：验证动量守恒定律
分值：50分
1.(9分)(2024·新课标卷·22)某同学用如图所示的装置验证动量守恒定律。将斜槽轨道固定在水平桌面上，轨道末段水平，右侧端点在水平木板上的垂直投影为O，木板上叠放着白纸和复写纸。实验时先将小球a从斜槽轨道上Q处由静止释放，a从轨道右端水平飞出后落在木板上；重复多次，测出落点的平均位置P与O点的距离xP。将与a半径相等的小球b置于轨道右侧端点，再将小球a从Q处由静止释放，两球碰撞后均落在木板上；重复多次，分别测出a、b两球落点的平均位置M、N与O点的距离xM、xN。
完成下列填空：
(1)(3分)记a、b两球的质量分别为ma、mb，实验中须满足条件mamb(填“”或“”)；?
(2)(6分)如果测得的xP、xM、xN、ma和mb在实验误差范围内满足关系式，则验证了两小球在碰撞中满足动量守恒定律。实验中，用小球落点与O点的距离来代替小球水平飞出时的速度，依据是。?
2.(9分)(2024·山东卷·13)在第四次“天宫课堂”中，航天员演示了动量守恒实验。受此启发，某同学使用如图甲所示的装置进行了碰撞实验，气垫导轨两端分别安装a、b两个位移传感器，a测量滑块A与它的距离xA，b测量滑块B与它的距离xB。部分实验步骤如下：
①测量两个滑块的质量，分别为200.0g和400.0g；
②接通气源，调整气垫导轨水平；
③拨动两滑块，使A、B均向右运动；
④导出传感器记录的数据，绘制xA、xB随时间变化的图像，分别如图乙、图丙所示。
回答以下问题：
(1)(3分)从图像可知两滑块在t＝s时发生碰撞；?
(2)(3分)滑块B碰撞前的速度大小v＝m/s(保留2位有效数字)；?
(3)(3分)通过分析，得出质量为200.0g的滑块是(填“A”或“B”)。?
3.(9分)用如图甲所示的装置根据平抛运动规律验证两小球碰撞中的动量守恒。使用频闪相机对小球碰撞前后的运动情况进行拍摄。图中背景是放在竖直平面内带方格的纸板，纸板平面与小球运动轨迹所在的平面平行，每个小方格的边长为a＝5cm，g取10m/s2，实验核心步骤如下：
(1)让质量为m1的小球从挡板处由静止释放，从斜槽末端水平抛出后频闪照片如图乙中的A所示。
(2)把质量为m2的小球静置于轨道末端，让质量为m1的小球从挡板处由静止释放，两球在斜槽末端碰撞。碰撞后两小球从斜槽末端水平抛出。抛出后的频闪照片分别如图乙中的B、C所示。
(3)(3分)由图乙结合已知数据可计算出频闪相机闪光的周期T＝s(结果保留2位有效数字)。?
(4)(3分)由图乙结合已知数据可计算出碰撞后质量为m2的小球速度v2＝m/s(结果保留2位有效数字)。?
(5)(3分)若碰撞过程中动量守恒，则m1∶m2＝。?
4.(9分)某实验小组验证动量守恒定律的装置如图甲所示(已知当地的重力加速度为g)。
(1)(1分)选择两个半径相等的小球A、B，其中小球A有经过球心的孔，用游标卡尺测量两小球直径d，如图乙所示，d=cm；?
(2)(2分)用天平测出小球的质量，有孔的小球质量记为m1，另一个球记为m2；本实验中(选填“需要”或“不需要”)满足m1m2；?
(3)将铁架台放置在水平地面上，上端固定力传感器，通过数据采集器和计算机相连；将长约1米的细线穿过小球A的小孔并挂在力传感器上，测出悬点到小球上边缘的距离L；
(4)将小球B放在可升降平台上，调节平台位置和高度，保证两个小球能发生正碰；在地面上铺上复写纸和白纸，以显示小球B落地点；
(5)(2分)拉起小球A由某一特定位置静止释放，两个小球发生正碰，通过与拉力传感器连接的计算机实时显示拉力大小；读出拉力碰前和碰后的两个峰值F1和F2，通过推导可以得到小球A碰撞前瞬间速度大小v1=；同样方式可以得到小球A碰撞后瞬间速度大小v3；?
(6)(2分)测出小球B做平抛运动的水平位移s和竖直位移h，则B碰后瞬间速度v2=；
(7)(2分)数据处理后若满足表达式：(已知本次实验中m1m2，速度用v1、v2、v3表示)则说明A与B碰撞过程中动量守恒。?
5.(14分)(2025·山东济宁市期中)验证动量守恒的实验可以在如图甲所示的气垫导轨上完成，其中左、右两侧的光电门可以记录遮光片通过光电门的挡光时间。实验前，测得滑块A(连同其上的遮光片)的总质量为m1、滑块B(连同其上的遮光片)的总质量为m2，两滑块上遮光片的宽度相同。实验时，开启气垫导轨气源的电源，轻轻拨动两滑块，两滑块在导轨上自由运动时近似为匀速运动，再让滑块A从导轨的左侧向右运动，穿过光电门与静止在两光电门之间的滑块B发生碰撞。
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