实验：验证动量守恒定律 专项训练 -2025届高考物理一轮复习备考

验证动量守恒定律 1. 某同学为了验证对心碰撞过程中的动量守恒定律，设计了如下实验：用纸板搭建如图所示的滑道，使金属玦可以平滑地从斜面滑到水平面上，其中OA为水平段。选择相同材质的金属块进行实验。 测量金属块的质量，得到甲、乙两个金属块的质量分别为m1和m2。将金属块甲放置在斜面上某一位置，标记此位置为B。由静止释放甲，当甲停在水平面上某处时，测量甲从O点到停止处的滑行距离OP。将金属块乙放置在O处，左侧与O点重合，将甲放置于B点由静止释放。当两枚金属块发生碰撞后，分别测量甲、乙从O点到停止处的滑行距离OM和ON。保持释放位置不变，重复实验若干次，得到OP、OM、ON的平均值分别为s0、s1、s2。 (1)在本实验中，甲的质量m1_________乙的质量m2(选填“>”“<”或“=”)； (2)碰撞前，甲到O点时速度的大小可表示为_________(设金属块与纸板间的动摩擦因数都为μ，重力加速度为g)； (3)若甲、乙碰撞过程中动量守恒，则 _________(用m1和m2表示) 2. 某同学设计了一个用电磁打点计时器验证动量守恒定律的实验：由相同材料制成的A、B两个小车，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，继续运动。他设计的装置如图甲所示。在小车A后连着纸带，电磁打点计时器所用电源频率为50Hz，长木板下垫着小木片以平衡摩擦力。 (1)若已测得打点纸带如图乙所示，并测得各计数点的间距(已标在图上)。0为运动的起点，则应选____________段来计算A碰前的速度，应选__________段来计算A和B碰后的共同速度(以上两空选填“01”“12”“23”或“34”)。 (2)已测得小车A的质量m1＝0.6kg，小车B的质量m2＝0.3kg，则碰前两小车的总动量为________kg·m/s，碰后两小车的总动量为_________kg·m/s。 3. 如图所示，用“碰撞实验器”可以探究碰撞中的不变量。实验时先让质量为m1的入射小球从斜槽轨道上某一固定位置S由静止开始滚下，从轨道末端O点水平抛出，落到与轨道O点连接的倾角为θ的斜面上。再把质量为m2被碰小球放在斜槽轨道末端，让入射小球仍从位置S由静止滚下，与被碰小球碰撞后，分别与斜面第一次碰撞留下各自的落点痕迹，M、P、N为三个落点的位置。(不考虑小球在斜面上的多次碰撞) (1)以下提供的测量工具中，本实验不必使用的是_____________。 A．刻度尺　　B．量角器　　C．天平　　D．秒表 (2)关于本实验，下列说法正确的是____________。 A．斜槽轨道不必光滑，入射小球每次释放的初位置也不必相同 B．斜槽轨道末端必须水平 C．为保证入射球碰后沿原方向运动，应满足入射球的质量m1等于被碰球的质量m2 (3)实验中，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____________，间接地解决这个问题。 A．小球开始释放高度h B．斜面的倾角θ C．O点与各落点的距离 (4)在实验误差允许范围内，若满足关系式____________，则可以认为两球碰撞前后总动量守恒。 A． 　　 B． C． 　　 D． 4. 某同学利用如图所示的实验装置完成了验证碰撞过程中的动量守恒的实验，将带有斜槽的轨道固定在桌面上并调整至斜槽的末端水平。选取两个大小完全相同的钢性小球a、b，测量出其质量分别为ma、mb。实验时，首先将a球由一定高度静止释放，经过一段时间小球打在右侧竖直固定的挡板上的某点；然后在斜槽的末端放上b球，将a球由同一高度静止释放，两球碰后均打在右侧竖直固定的挡板上，已知A点与斜槽的末端在同一水平线上。已知B、C、D三点到A点的距离分别为hB、hC、hD。 (1)该实验要求实验所用小球的质量满足ma_____________mb。(填“>、=或<”) (2)竖直挡板上的_____________点为b球的落点。 (3)如果两球碰撞的过程动量守恒，则关系式_____________成立。 5. 如图所示，甲同学用半径相同的A、B两球的碰撞验证“动量守恒定律”。实验时先让质量为m1的A球从斜槽轨道上某一固定位置S由静止开始滚下，从轨道末端抛出，落到位于水平地面的复写纸上，在下面的白纸上留下痕迹。重复上述操作10次，得到10个落点痕迹，P为落点的平均位置。再把质量为m2(m1>m2)的B球放在斜槽轨道末端，让A球仍从位置S由静止滚下，与B球碰撞后，分别在白纸上留下各自的落点痕迹，重复操作10次，M、N分别为落点的平均位置。 (1)实验中，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_________间接地解决这个问题。 A．小球开始释放高度h B．小球抛出点距地面的高度H C．小球做平抛运动的射程OM、OP、ON (2)以下提供的测量工具中，本实验必须使用的是_________。 A．刻度尺　　B．天平　　C．游标卡尺　　D．秒表 (3)关于本实验，下列说法正确的是_________。 A．斜槽轨道必须光滑 B．斜槽轨道末端必须水平 C．实验过程中，用m2作为入射球与m1碰效果一样 (4)在实验误差允许范围内，若满足关系式_________，则可以认为动量守恒。[用已知量和(1)中测得的物理量表示] 6. “碰撞实验器”如图甲所示，“求实”实验小组的同学们用它做验证动量守恒定律实验，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前、后的动量关系。 (1)实验中，直接测定小球碰撞前、后的速度是不容易的。同学们经过分析讨论，发现_________，因此可以用水平位移间接地来代替小球碰撞前、后的速度。 (2)图甲中O点是小球抛出点在水平地面上的垂直投影。实验时，先将入射球A(质量为 )多次从斜轨上S位置由静止释放，找到其平均落地点的位置P(图中未画出)，测量水平位移 ；然后把被碰小球B(质量为 )静置于轨道的水平部分，再将入射小球A从斜轨上S位置由静止释放，与小球B相撞，找到A、B相碰后各自平均落地点的位置，并分别测量其水平位移 、 。多次重复本实验，以减小实验误差。 (3)同学们在实验中正确操作，认真测量，得出的落点情况如图乙所示。通过分析可知，落点P为图乙中的位置_________(填“1”、“2”或“3”)，若两球相碰前、后的动量守恒，则 _________。 7. 如图甲所示，用半径相同的A、B两球的碰撞可以验证“动量守恒定律”。实验时先让质量为 的A球从斜槽上某一固定位置C由静止开始滚下，进入水平轨道后，从轨道末端水平抛出，落到位于水平地面的复写纸上，在下面的白纸上留下痕迹。重复上述操作10次，得到10个落点痕迹。再把质量为 的B球放在水平轨道末端，让A球仍从位置C由静止滚下，A球和B球碰撞后，分别在白纸上留下各自的落点痕迹，重复操作10次。如图乙所示，M、P、N为三个落点的平均位置，未放B球时，A球的落点是P点。O点是水平轨道末端在记录纸上的竖直投影点。 (1)本实验中，要想更准确的确定小球平均落点位置，需要借助哪种实验仪器_______(填仪器名称即可) (2)在这个实验中，为了减小实验误差，两球的质量应满足 ；(填“>”、“<”或“=”) (3)在某次实验中，测得两球的质量分别为 、 ，记录的落点平均位置M、N与 在同一条直线上，测得三个落点位置与O点的距离 、 、 分别为 、 、 。在实验误差允许范围内，若满足关系式 _______，则可以认为A、B两球碰撞前后在 方向上的总动量守恒；若碰撞是弹性碰撞，则仅需满足的关系式 _______。(均用测量的量表示) 8. 如图所示，用碰撞实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)实验中要求调节轨道末端，使其水平；两个小球的质量大小关系是 _________ (选填“大于”或“等于”)。 (2)在不放小球 时，小球 从斜槽某处由静止开始滚下， 的落点在图中的_________点，把小球 放在斜槽末端边缘处，小球 从斜槽相同位置处由静止开始滚下，使它们发生碰撞，碰后小球 的落点在图中的_________点。 (3)用天平测量两个小球的质量 ，实验中分别找到 碰前和 相碰后平均落地点的位置，测量平抛水平射程 、 、 ，则动量守恒的表达式为：_________(用测量的量表示)。 9. 某小组用气垫导轨研究碰撞，如图甲所示，两滑块A、B的两端均固定有弹性钢圈和相同的挡光片，如图乙所示。已知A、B两滑块的质量(含挡光片等配件)分别为mA、mB。 (1)用螺旋测微器来测量挡光片的宽度L，如图丙，读数L=_________mm； (2)连接好气垫导轨及气泵，接通电源，将气垫导轨调到水平。将A、B两滑块分别紧压左、右弹射架并静止。启动弹射架，发现两滑块在两光电门之间区域发生相互作用并各自反向弹回。光电门1记录挡光片两次挡光时间分别为 、 ，光电门2记录挡光片两次挡光时间分别为 、 ，如果两滑块在弹性钢圈相互作用时动量守恒，则表达式_________(用题中的物理量符号表示)应成立； (3)在(2)中，如果两滑块在弹性钢圈相互作用时机械能也守恒，则表达式_________(用题中的物理量符号表示)应成立。 10. 如图所示是“验证动量守恒定律”的装置，气垫导轨上安装了1、2两个光电门，两滑块上均固定一相同的竖直遮光条。 (1)用游标卡尺测量滑块上的遮光条的宽度，测量结果如图乙所示，读数为d=__________mm。 (2)用天平测得滑块A、B的质量(均包括遮光条和弹性碰撞架)分别为 两个滑块的碰撞端面装有弹性碰撞架(图中未画出)；调整好气垫导轨后，将滑块A向左推出，与静止的滑块B发生碰撞，碰后两滑块没有粘连，与光电门1相连的计时器显示的先后挡光时间为 和 ，与光电门 2 相连的计时器显示的挡光时间为 。从实验结果可知两滑块的质量满足mA__________(填“>”“<”或“=”)mB；滑块A、B碰撞过程中满足表达式____________________(用所测物理量的符号表示)，则说明碰撞过程中动量守恒。 11. 为验证动量守恒定律，某兴趣小组设计了如图所示的实验装置，气垫导轨已经调制成水平状态，两个滑块A、B分别静置在气垫导轨上，在滑块A的右侧以及滑块B的左侧都安装了弹簧片，滑块A、B的上方安装了宽度相同的遮光片。C、D为固定在气垫导轨上的光电门，用于记录遮光片经过光电门的时间。 (1)某同学进行的实验步骤如下： ①测量滑块A、B的质量(含弹簧片及遮光片)，分别记为mA、mB； ②测量滑块A、B上的遮光片的宽度，记为d； ③给滑块A一个向右的瞬时冲量，观察滑块A的运动情况及A、B两滑块在相碰后各自的运动情况； ④记录下滑块A经过光电门C的时间第一次为△t1、第二次为△t2； ⑤记录下滑块B经过光电门D的时间△t3。 (2)可根据以上实验，完成下列填空(用测量量符号mA、mB、d、△t1、△t2和△t3等表达)： ①碰撞前滑块A的速度大小v0=_________，碰撞后滑块A的速度大小v1=_________； ②碰撞后滑块B的速度大小v2=_________； ③若满足等式：_________成立，则系统动量守恒。 12. 用如图所示的装置验证动量守恒定律。足够光滑的玻璃水平桌面上两根长为 的细线拴接大小相同、质量分别为 和 小钢球，细线与固定钉子的拴接处安装拉力传感器，可实时显示细线中的拉力大小。初始时，两小球靠在一起，两细线刚好平行，小球的直径远小于细线的长度。 (1)将小球1沿圆弧拉到某点A处，并在A处给小球1一个沿切线方向的初速度，记录拉力传感器1的示数 ； (2)小球1运动到 点处与小球2发生碰撞，碰后小球1弹回，记录碰后两小球运动过程中传感器1和2的示数分别为 、 ； (3)两小球质量关系满足 　　　　 ；(选填“大于”“小于”或“等于”) (4)对实验数据进行分析：若物理量 、 、 、 、 满足等量关系　　　　时，即可验证碰撞瞬间，两小球组成的系统动量守恒；若该碰撞为非弹性碰撞， 、 、 还应满足的数量关系为　　　　。 13. 某校同学们分组进行碰撞的实验研究。 (1)第一组利用气垫导轨通过频闪照相进行探究碰撞中的不变量这一实验，甲图两滑块分别装有弹性圈，乙图两滑块分别装有撞针和橡皮泥。若要求碰撞动能损失最小测应选下图中的　　　　(填“甲”或“乙”)； (2)第二组同学用如图所示的实验装置“验证动量守恒定律”。 实验装置如图所示，a、b是两个半径相等的小球，按照以下步骤进行操作： ①在平木板表面钉上白纸和复写纸，并将该木板竖直立于紧靠槽口处，将小球a从斜槽轨道上固定点处由静止释放，撞到木板并在白纸上留下痕迹O； ②将木板水平向右移动一定距离并固定，再将小球a从固定点处由静止释放，撞到木板上得到痕迹B； ③把小球b静止放在斜槽轨道水平末端，让小球a仍从固定点处由静止释放，和小球b相碰后，两球撞在木板上得到痕迹A和C． Ⅰ.若碰撞过程中没有机械能损失，为了保证在碰撞过程中a球不反弹，a、b两球的质量 、 间的关系是 　　　　 (选填“>”“=”或“<”) Ⅱ.为完成本实验，必须测量的物理量有　　　　。 A．小球a开始释放的高度h B．木板水平向右移动的距离l C．a球和b球的质量 、 D．O点到A、B、C三点的距离y1、y2、y3 Ⅲ.在实验误差允许的范围内，若碰撞过程动量守恒，其关系式应为　　　　。 (3)第三组利用频闪照片法去研究。某次实验时碰撞前B滑块静止，A滑块匀速向B滑块运动并发生碰撞，利用频闪照相的方法连续4次拍摄得到的照片如图所示。已知相邻两次闪光的时间间隔为T，在这4次闪光的过程中，A、B两滑块均在0到 的范围内，且第1闪光时，滑块A恰好位于 处，若A，B两滑块的碰撞时间及闪光持续的时间极短，均可忽略不计，则A、B两滑块质量比 　　　　。 14. 在“验证动量守恒定律”实验中，实验装置如图甲所示，实验原理如图乙所示。 (1)实验室有如图A、B、C三个小球，则实验时入射小球应该选取　　　　。(填选项字母) (2)关于本实验，下列说法正确的是　　　　(填选项前的字母)。 A．小球每次都必须从斜槽上的同一位置静止释放 B．必须测量出斜槽末端到水平地面的高度 C．实验中需要用到重垂线 D．斜槽必须光滑且末端保持水平 (3)若两球发生弹性碰撞，用刻度尺测量M、P、N距O点的距离x1、x2、x3，通过验证等式：　　　　用题中所给字母表示是否成立，从而验证动量守恒定律。 (4)若两球发生弹性碰撞，则下列式子成立的是　　　　(填选项前的字母)。 A． 15. 利用气垫导轨可以验证被压缩的弹簧弹开时，两滑块组成的系统动量守恒，可用图示装置进行以下实验。 实验时，用两滑块压缩弹簧，并用细线固定，使其静止在两光电门中间附近，已知两滑块上遮光片的宽度相同，都是d，剪断拴弹簧的细线，测得质量为m1的滑块1和质量为m2的滑块2上遮光片通过光电门的时间分别为t1和t2。 (1)实验前应调节气垫导轨底部的调节旋钮，使导轨　　　　；充气后，当滑块放在气垫导轨上任意位置都能　　　　时，说明气垫导轨已经调节好； (2)若满足　　　　，则两滑块组成的系统动量守恒(采用最简式)； (3)不计滑块在气垫导轨上运动时受到的阻力，则剪断拴弹簧的细线前弹簧的弹性势能为　　　　。 16. 某同学用气垫导轨验证动量守恒定律，实验装置如图甲所示。 (1)两遮光片沿运动方向的宽度均为d，用螺旋测微器测量其宽度，如图乙所示，读数 为　　　　mm。 (2)实验室有两组滑块装置。甲组两个滑块的碰撞端面装上弹性碰撞架，乙组两个滑块的碰撞端面分别装上撞针和橡皮泥。若要求碰撞过程动能损失最小，应选择　　　　组的实验装置(填“甲”或“乙”)。 (3) 用天平测得滑块A、B的质量(均包括遮光条) 分别为 调整好气垫导轨水平后，将滑块A向左弹出，与静止的滑块 B发生碰撞，此过程可视为弹性碰撞，与光电门1 相连的计时器显示的挡光时间先后为t₁和t₂，与光电门2 相连的计时器显示的时间为t₃。从实验结果可知两滑块的质量满足 　　　　 (填“>”“<”或“=” )； 滑块A、 B碰撞过程中满足表达式　　　　(用所测物理量的符号表示)，则说明碰撞过程中动量守恒。 (4)若碰撞为弹性碰撞，则还应该满足的等式为　　　　(用所测物理量的符号表示)。 17. 如图所示利用固定了两个光电门的气垫导轨验证两滑块碰撞前后的动量是否守恒。 (1)在碰撞实验开始之前，用天平测出滑块A、B(含遮光条)的质量为 、 ，还用测出滑块A、B上的遮光条宽度 相同，如图丁所示测量遮光板宽度 　　　　 。 (2)实验前，接通气源后，在导轨上轻放一个滑块，给滑块一初速度，使它从轨道左端向右运动，发现滑块通过光电门1的时间小于通过光电门2的时间。为使导轨水平，可调节 使轨道右端　　　　(选填“升高”或“降低”)一些； (3)气垫导轨调整为水平后，把滑块A和滑块B放置在图中的位置上，开始碰撞实验：给滑块B一个向左的初速度，滑块B与静止的A发生碰撞并被反弹，数字毫秒计记录下滑块A通过光电门1的遮光时间为 ，滑块B先后通过光电门2的遮光时间为 和 ，实验中两滑块的质量应满足 　　　　 (选填“>”、“<”或“=”)。若滑块A、B碰撞过程动量守恒，以向左为正方向，满足的表达式　　　　　(用 、 、 、 及 表示) (4)把实验装置稍加变化，验证动量定理：拿下滑块A、B，把气垫导轨右端抬高，使得导轨与水平面夹角为 ，然后固定导轨。还让滑块B从原位置由静止滑下，滑块B通过光电门2和1的遮光时间分别为 和 ，通过光电门2和1的时间间隔为 ，重力加速度为 ，如果关系　　　　(用 及 表示)在误差范围内成立，表明动量定理成立。 18. 学校物理兴趣小组利用如图所示的装置验证动量守恒定律。AB是倾斜轨道，BC是一光滑轨道，光电门1与光电门2固定在光滑轨道上，实验中使用的小球a的质量为m，小球b的质量为3m，a、b两球直径相等。 (1)实验前需要将BC轨道调成水平，将小球a从轨道上的位置 释放，a球通过光电门1、2的挡光时间分别为 与 ，若 ，则需将轨道C端调　　　　(选填“高”或“低”)。 (2)将小球b静置于光滑轨道上的位置 ，将小球a从位置 释放，a先后连续通过光电门1的挡光时间分别为 与 ，b通过光电门2的挡光时间为 。若a、b碰撞过程动量守恒，则必须满足的关系式为　　　　。 (3)如果保持a的直径不变，逐渐增大a的质量，且a、b间的碰撞是弹性碰撞，则碰撞之前a的挡光时间与碰撞之后b的挡光时间的比值会逐渐趋近于某一定值，该定值为　　　　。 19. 如图所示，某同学利用光电门、弹簧、滑块、小球等装置设计了一个实验，验证动量守恒定律。主要操作步骤为： ①将光电门固定在光滑水平桌面上； ②用天平分别测出小滑块a(含挡光片)和小球b的质量ma、mb； ③在桌面右边的地面上铺白纸，白纸上面放上复写纸； ④在a和b之间放一锁定压缩的轻弹簧，将系统静止放置在桌面上； ⑤解除锁定，a、b瞬间被弹开，记录a通过光电门时挡光片的遮光时间t； ⑥记录b落在地面上的点M，用刻度尺测出其到桌面的高度h和落地点M到桌子边缘投影点O′的水平距离s。 已知挡光片宽度为d、重力加速度为g，请回答下列问题： (1)滑块a经过光电门时的瞬时速度v＝________(用题干中字母表示)； (2)小球做平抛运动的初速度v0＝________；(用题干中字母表示)； (3)若a、b在解除锁定过程中动量守恒，需满足的关系式是____________(用题干中字母表示)； (4)写出一条减小实验误差的方法：_____________________________________ ________________________________________________________________________。 20. Tracker软件是一种广泛使用的视频分析软件。某学生利用Tracker软件对一维碰撞的实验视频进行分析，视频中m1= 15g的小球碰撞原来静止的m2= 10g的小球，由视频分析可得它们在碰撞前后的x—t图像如图所示。 (1)由图可知，入射小球碰撞前的动量m1v1=　　　　kg·m/s，被碰小球碰撞后的动量 =　　　　kg·m/s； (2)碰撞的恢复系数的定义为 ，其中 和 分别是碰撞前两物体的速度， 和 分别是碰撞后两物体的速度，弹性碰撞的恢复系数e= 1，非弹性碰撞的恢复系数e < 1，该实验碰撞的恢复系数e =　　　　，可判断该视频中的碰撞属于　　　　(填“弹性碰撞”或“非弹性碰撞”)。 试卷第1页 共1页 学科网（北京）股份有限公司 $$