高中物理电荷守恒定律实验题

某同学用如图13所示的(a)图装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来探究碰撞中的守恒量，图中PQ是斜槽，QR为水平槽，实验时先使A球从斜槽上某一固定位置G由静止开始滚下，落到位于水平地面的记录纸上，留下痕迹，重复上述操作10次，得到10个落点痕迹，再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让A球仍从位置G由静止开始滚下，和B球碰撞后，A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹，重复这种操作10次，图(a)中O点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点，B球落点痕迹如图 (b)，其中米尺水平放置，且平行于G、R、O所在的平面，米尺的零点与O点对齐

(1)除了图中器材外，实验室还备有下列器材，完成本实验还需要用到的器材有___________（填选项号）
A秒表      B天平     C毫米刻度尺     
D打点计时器(及电源和纸带)    E圆规   
F弹簧测力计    G游标卡尺
（2）从图（b）可以测出碰撞后B球的水平射程应取为_________cm.
（3）在以下选项中，__________是本次实验必须进行的测量（填选项号）
A．水平槽上未放B球时，测量A球落点位置到O点的距离
B．A球与B球碰撞后，测量A球落点位置到O点的距离
C．测量A球或B球的直径
D．测量A球和B球的质量（或两球质量之比）
E．测量G点相对于水平槽面的高度

图为“碰撞中的动量守恒”实验装置示意图。

（1）入射小球1与被碰小球2直径相同，均为d，它们的质量相比较，应是m₁____m₂.
（2）为了保证小球做平抛运动，必须调整斜槽使________________________。
（3）继续实验步骤为：

A．在地面上依次铺白纸和复写纸。

B．确定重锤对应点O。

C．不放球2，让球1从斜槽滑下，确定它落地点位置P。

D．把球2放在立柱上，让球1从斜槽滑上，与球2正碰后，确定球1和球2落地点位置M和N。

E．用刻度尺量OM、OP、ON的长度。
F．看是否相等，以验证动量守恒。
上述步骤有几步不完善或有错误，请指出并写出相应的正确步骤。____________

一个质量为M=0.20kg的小球放在高度为h=5.0m的直杆顶端。一颗质量m=0.010kg的子弹以v₀ = 5.0×10²m/s的速度沿水平方向击中小球，并穿过球心，小球落地处离杆的距离为s=20m。求子弹落地处离杆的距离。（g = 10m/s²）

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。
A．小球开始释放高度
B．小球抛出点距地面的高度
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，先让入射球多次从斜轨上同一位置静止释放，找到其平均落地点的位置B，测量平抛射程。然后把被碰小球静止于轨道的水平部分，再将入射小球从斜轨上相同位置静止释放，与小球相撞，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、
B．测量小球开始释放高度h
C．测量抛出点距地面的高度H
D．分别找到相碰后平均落地点的位置A、C
E．测量平抛射程，
（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，，小球落地点的平均位置到Ｏ点的距离如图所示。碰撞前、后的动量分别为与，则  ：11；若碰撞结束时的动量为，则=11:   ；所以，碰撞前、后总动量的比值=   ；实验结果说明                     .

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的气垫导轨以及滑块A和B来探究碰撞中的不变量，实验装置如图所示(弹簧的长度忽略不计)，采用的实验步骤如下：

a．用天平分别测出滑块A、B的质量m_A、m_B．
b．调整气垫导轨，使导轨处于水平．
c．在A和B间放入一个被压缩的轻弹簧，用电动卡销锁定，静止地放置在气垫导轨上．
d．用刻度尺测出A的左端至C板的距离L₁.
e．按下电钮放开卡销，同时使分别记录滑块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挡板时停止计时，记下A、B分别到达C、D的运动时间t₁和t₂．
(1)实验中还应测量的物理量是____________________________________________．
(2)利用上述测量的实验数据，得出关系式________成立，即可得出碰撞中守恒的量是mv的矢量和，上式中算得的A、B两滑块的动量大小并不完全相等，产生误差的原因是__________________________（至少列出一项）．

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，继续做匀速运动，他设计的具体装置如图所示．在小车A后连着纸带，电磁打点计时器电源频率为50Hz，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，并将测得的各计数点间距离标在图上，A点是运动起始的第一点，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”)．
(2)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m_Av_A+m_Bv_B=    kg·m／s；碰后m_Av_A’+m_Bv_B’=     kg·m／s．并比较碰撞前后两个小车质量与速度的乘积之和是否相等________。（计算结果保留三位有效数字）

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，继续做匀速运动，他设计的具体装置如图所示．在小车A后连着纸带，电磁打点计时器电源频率为50Hz，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，并将测得的各计数点间距离标在图上，A点是运动起始的第一点，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”)．

(2)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m_Av++m_Bv。=    kg·m／s；碰后m_Av_A^，+m_Bv_B^，=            kg·m／s．并比较碰撞前后两个小车质量与速度的乘积之和是否相等．

气垫导轨工作时能够通过喷出的气体使滑块悬浮从而基本消除掉摩擦力的影响，因此成为重要的实验器材，气垫导轨和光电门、数字毫秒计配合使用能完成许多实验．
现提供以下实验器材：(名称、图象、编号如图所示)

利用以上实验器材还可以完成“验证动量守恒定律”的实验，为完成此实验，某同学将实验原理设定为：m₁v₀＝(m₁＋m₂)v
①针对此原理，我们应选择的器材编号为：__________；
②在我们所选的器材中：__________器材对应原理中的m₁(填写器材编号)．

某同学用图丙所示的光滑轨道装置，通过半径相同的A、B两球的碰撞来验证动量守恒定律，则：

（1）A球从G处自由释放，在水平轨道末端R处与B球碰撞，B球着地的点迹如丁图所示，则碰后B球的水平射程为          cm。
（2）在以下选项中，哪些是本次实验必须进行的测量？
答：              （填选项号）。
A．水平槽上未放B球时，测量A球落点位置到O点的距离
B．A球与B球碰撞后，测量A球落点位置到O点的距离
C．测量A球或B球的直径
D．测量A球和B球的质量（或两球质量之比）
E．测量G点相对于水平槽面的高度
（3）设两球的质量分别为m_A、m_B，且m_A>m_B，如丙图所示，重垂线投影点为O，球的着地点迹的中心位置为M、P、N。用两球碰撞来验证动量守恒，满足：                                 （根据实验中测得的物理量、长度等，用字母符号表示）。

如图为“碰撞中的动量守恒”实验装置示意图

（1）入射小球1与被碰小球2直径相同，它们的质量相比较，应是m₁____m₂.
（2）在做此实验时,若某次实验得出小球的落点情况如图所示.假设碰撞中动量守恒,则入射小球质量m₁和被碰小球质量m₂之比m₁:m₂=           .

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的气垫导轨以及滑块A和B来验证动量守恒定律，实验装置如图所示（弹簧的长度忽略不计），

采用的实验步骤如下：
A．用天平分别测出滑块A、B的质量m_A、m_B；
B．调整气垫导轨，使导轨处于水平；
C．在A和B间放入一个被压缩的轻弹簧，用电动卡
销锁定，静止地放置在气垫导轨上；
D．用刻度尺测出A的左端至C板的距离L₁；
E．按下电钮放开卡销，同时使分别记录滑块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挡板时停止计时，记下A、B分别到达C、D的运动时间t₁和t₂．
本实验中还应测量的物理量是                   ，利用上述测量的实验数据,
验证动量守恒定律的表达式是                       ．

为了验证碰撞中的动量守恒和检验两个小球的碰撞是否为弹性碰撞(碰撞过程中没有机械能损失)，某同学选取了两个体积相同、质量不等的小球，按下述步骤做了如下实验：
①用天平测出两个小球的质量分别为m₁和m₂，且m₁>m₂．
②按照如图所示的那样，安装好实验装置．将斜槽AB固定在桌边，使槽的末端点的切线水平．将一斜面BC连接在斜槽末端．
③先不放小球m₂，让小球m₁从斜槽顶端A处由静止开始滚下，记下小球在斜面上的落点位置．
④将小球m₂放在斜槽前端边缘处，让小球m₁从斜槽顶端A处滚下，使它们发生碰撞，记下小球m₁和小球m₂在斜面上的落点位置．
⑤用毫米刻度尺量出各个落点位置到斜槽末端点B的距离．图中D、E、F点是该同学记下的小球在斜面上的几个落点位置，到B点的距离分别为L_D、L_E、L_F．根据该同学的实验，回答下列问题：

(1)小球m₁与m₂发生碰撞后，m₁的落点是图中的   点，m₂的落点是图中的    点．
(2)用测得的物理量来表示，只要满足关系式                             ，
则说明碰撞中动量是守恒的．
(3)用测得的物理量来表示，只要再满足关系式                            ，
则说明两小球的碰撞是弹性碰撞．

某同学利用打点计时器和气垫导轨做验证动量守恒定律的实验．气垫导轨装置如图（a）所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成．在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔，向导轨空腔内不断通入压缩空气会从小孔中喷出，使滑块稳定地漂浮在导轨上，这样就大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差．

（1）下面是实验的主要步骤：
①安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；
②向气垫导轨通入压缩空气；
③把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧，将纸带穿过打点计时器与弹射架并固定在滑块1的左端，调节打点计时器的高度，直至滑块拖着纸带移动时，纸带始终在水平方向；
④使滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；
⑤把滑块2放在气垫导轨的中间；
⑥先                          ，然后             _，让滑块带动纸带一起运动；
⑦取下纸带，重复步骤④⑤⑥，选出理想的纸带如图（b）所示；
⑧测得滑块1的质量310g，滑块2（包括橡皮泥）的质量为205g．试完善实验步骤⑥的内容．
（2）已知打点计时器每隔0．02s打一个点，计算可知两滑块相互作用以前系统的总动量为      kg·m/s；两滑块相互作用以后系统的总动量为             kg·m/s（保留三位有效数字）．
（3）试说明（2）中两结果不完全相等的主要原因是                                      

在用如图所示的装置验证动量守恒的试验中
（1）在验证动量守恒定律的实验中，必须要求的条件是：（   ）

A、轨道是光滑的。
B、轨道末端的切线是水平的。
C、ｍ₁和ｍ₂的球心在碰撞的瞬间在同一高度。
D、碰撞的瞬间ｍ₁和ｍ₂球心连线与轨道末端的切线平行。
E、每次ｍ₁都要从同一高度静止滚下。
（2）在验证动量守恒定律的实验中，必须测量的量有：（    ）
A、小球的质量ｍ₁和ｍ₂。            B、小球的半径r。
C、桌面到地面的高度Ｈ。              D、小球ｍ₁的起始高度ｈ。
E、小球从抛出到落地的时间ｔ。        F、小球ｍ₁未碰撞飞出的水平距离。
G、小球ｍ₁和ｍ₂碰撞后飞出的水平距离。
（3）实验时，小球的落点分别如右图的Ｍ、Ｎ、Ｐ点，应该比较下列哪两组数值在误差范围内相等，从而验证动量守恒定律：（     ）
A、ｍ₁·。                  B、ｍ₁·。
C、ｍ₁·。                   D、ｍ₁·＋ｍ₂·。
E、ｍ₁·+ｍ₂·( )。    F、ｍ₁·＋ｍ₂·( )。

如图为用打点计时器探究碰撞中的不变量的实验：在小车A的前端粘有橡皮泥，推动小车A使之做匀速直线运动，小车A与原来静止在前方的小车B相碰并粘在一起继续做匀速直线运动，在小车A后连着纸带，电磁打电计时器电源频率为50Hz。

（1）用小木片将长木板一端垫起的目的是___________________。
（2）已测得小车A的质量m₁=0.4kg，小车B质量m₂=0.4kg，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。