1.4 实验：验证动量守恒定律 同步练 -2025-2026学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

高中物理人教版选择性必修第一册 第一章《动量守恒定律》 1.4 实验：验证动量守恒定律 同步练 训练时间： 60分钟 试卷分值：100分 姓名： 班级： 考号： 成绩： 一、实验方案设计（22分） 1.研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 实验器材：气垫导轨、数字计时器、天平、滑块(两个)、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等。 实验原理 (1)用 测量两滑块的质量m1、m2。 (2)调整导轨使之处于 状态，并使数字计时器系统正常工作。 (3)利用数字计时器测量滑块碰撞 的速度。 (4)验证表达式m1v1′＋m2v2′＝m1v1＋m2v2，是否成立。 2.研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 实验器材：铁架台，斜槽轨道，两个大小相等、质量 的小球，铅垂线，复写纸，白纸， ， ，圆规，三角板等。 实验原理：如图甲所示。 让一个质量较大的小球从斜槽上某一位置由 滚下，与放在斜槽末端的另一个大小相同、质量较小的小球发生正碰，之后两小球都做 运动。 (1)质量的测量：用 测量质量。 (2)速度的测量：由于两小球下落的高度相同，所以它们的飞行时间 。如果用小球的飞行时间作时间单位，那么小球飞出的水平距离在数值上就等于它的水平 。因此，只需测出两小球的质量m1、m2和不放被碰小球时入射小球落地时飞行的水平距离sOP，以及碰撞后入射小球与被碰小球落地时飞行的水平距离sOM和sON。 （3）数据分析：若在实验误差允许的范围内， ，即可验证动量守恒定律。 二、原始实验（32分） 3.小华利用斜槽滚球“验证动量守恒定律”，装置如图甲所示。 (1)小华分别测量出入射小球A、被碰小球B的质量分别为mA、mB，为了防止碰撞后球A反弹，应保证mA________mB(选填“>”“＝”或“<”)。 (2)下列实验操作步骤，正确顺序是________。 ①在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸，记下铅垂线所指的位置O ②安装好斜槽 ③用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置M、P、N离O点的距离，即线段OM、OP、ON的长度为x1、x2、x3 ④不放球B，让球A从G点由静止滚下，并落在地面上，重复多次实验 ⑤将球B放在斜槽前端边缘位置，让球A从G点由静止滚下，使A、B碰撞，重复多次实验 (3)图乙中小球落地点的平均位置为________cm。 (4)若两个小球在轨道末端碰撞过程动量守恒，则需验证的关系式为________________(用题中给出的物理量表示)。 (5)实验中造成误差的可能原因有________。 A.斜槽轨道不光滑 B.斜槽轨道末端不水平 C.斜槽轨道末端到地面的高度未测量 D.测得的OM、OP、ON的长度值不准确 4.某实验小组的同学们用图甲装置做验证动量守恒定律实验，即研究两个小球碰撞前、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点。实验时，先将入射球A(质量为m1)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x1；然后把被碰小球B(质量为m2)静置于轨道的水平末端，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x2、x3。多次重复本实验步骤，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m1∶m2＝________。 三、创新实验（28分） 5.现利用图甲所示装置验证“动量守恒定律”。在图甲中，气垫导轨上有A、B两个滑块，滑块A右侧带有一弹簧片，左侧与穿过打点计时器(图中未画出)的纸带相连；滑块B左侧也带有一弹簧片，上面固定一遮光片，数字计时器(未完全画出)可以记录遮光片通过光电门的时间，实验测得滑块A的质量m1＝280 g，滑块B的质量m2＝120 g，遮光片的宽度d＝1.00 cm；打点计时器所用交流电源的频率f＝50 Hz。将光电门固定在滑块B的右侧，启动打点计时器，给滑块A一向右的初速度，使它与B相碰，碰后数字计时器显示的时间为ΔtB＝4.00 ms，碰撞前、后打出的纸带如图乙。 (1)通过分析可知：纸带的________端(填“C”或“D”)与滑块A左侧相连； (2)滑块A在碰撞前速度大小v0＝2.00 m/s，滑块A在碰撞后速度大小v1＝________ m/s，滑块B在碰撞后的速度大小v2＝________ m/s(结果均保留三位有效数字)； (3)设两滑块碰撞前、后的动量分别为p和p′，则p＝m1v0＝0.560 kg·m/s，p′＝____ kg· m/s(保留三位有效数字)。 6.为验证动量守恒定律，课外兴趣小组设计了如图所示的实验装置，气垫导轨已经调成水平，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，在滑块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传感器，与它们相连的计算机可以记录遮光片经过光电门的遮光时间。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读取滑块A第一次经过光电门C的时间为t1、滑块B经过光电门D的时间为t2，滑块A第二次经过光电门C的时间为t3。 回答下列问题： (1)为保证本实验成功，滑块A的质量应________(填“大于”“等于”或“小于”)滑块B的质量； (2)碰撞后滑块A的速度大小为________；(用题中涉及的物理量符号表示) (3)若关系式_________________________________成立，则碰撞过程中，滑块A、B组成的系统动量守恒。(用题中涉及的物理量符号表示) 四、解答题（18分） 7.如图所示，小物块A、B的质量均为m＝0.10 kg，B静止在轨道水平段的末端。A以水平速度v0与B碰撞，碰后两物块粘在一起水平抛出。抛出点距离水平地面的竖直高度为h＝0.45 m，两物块落地点距离轨道末端的水平距离为s＝0.30 m，取重力加速度g＝10 m/s2。求： (1)两物块在空中运动的时间t； (2)两物块碰前A的速度v0的大小； (3)两物块碰撞过程中损失的机械能ΔE。 学科网（北京）股份有限公司 $ 高中物理人教版选择性必修第一册 第一章《动量守恒定律》 1.4 实验：验证动量守恒定律 同步练 答案 一、实验方案设计 1.天平 水平 前后 2.不同、 天平、刻度尺、静止、平抛、天平、相等、速度、 m1sOP＝m1sOM＋m2sON 二、原始实验 3.答案　(1)>　(2)②①④⑤③　(3)8.60　(4)mAx2＝mAx1＋mBx3　(5)BD 解析　(1)为了防止碰撞后A球反弹，应保证A球的质量mA大于B球质量mB。 (2)根据“验证动量守恒定律”实验的操作步骤，应安装好斜槽，使槽的末端切线水平，然后在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸，记下铅垂线所指的位置O；不放球B，让球A从G点由静止滚下，并落在地面上，重复多次实验；然后将球B放在斜槽前端边缘位置，让球A从G点由静止滚下，使A、B碰撞，重复多次实验；用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置M、P、N离O点的距离，即线段OM、OP、ON的长度x1、x2、x3，故顺序为②①④⑤③。 (3)用尽量小的圆将各个落点圈起来，圆心即为平均落地点，则由图乙读出碰撞前A球的水平射程OP为8.60 cm。 (4)由于两球从同一高度开始下落，且下落到同一水平面上，故两球下落的时间相同，根据动量守恒定律可得在水平方向有mAv0＝mAv1＋mBv2，根据平抛运动h＝gt2，小球落地时间相等，则有mAv0t＝mAv1t＋mBv2t，即mAx2＝mAx1＋mBx3。 (5)轨道不光滑对实验无影响，只要到达底端时的速度相同即可，故A错误；轨道末端不水平，则小球不能做平抛运动，则对实验会造成误差，故B正确；两球从同一高度开始做平抛运动，则下落的时间相等，即轨道末端到地面的高度未测量对实验不会造成误差，故C错误；用刻度尺测量线段OM、OP、ON的长度值可造成偶然误差，故D正确。 4.答案　(1)小球做平抛运动的时间相同　(3)2　6∶1 解析　(1)小球离开轨道后做平抛运动，由于抛出点的高度相等，小球做平抛运动的时间相等；小球做平抛运动的水平位移与初速度成正比，可以用水平位移间接地来代替小球碰撞前、后的速度。 (3)根据实验操作可知，入射小球未发生碰撞时落在位置2。 设入射小球未发生碰撞时的平抛初速度为v0，发生碰撞后入射小球的平抛初速度为v1，被碰小球的平抛初速度为v2，由动量守恒定律有 m1v0＝m1v1＋m2v2 可得m1v0t＝m1v1t＋m2v2t 则有m1x1＝m1x2＋m2x3 代入数据可得m1∶m2＝x3∶(x1－x2)＝55.68∶(44.48－35.20)＝6∶1。 三、创新实验 5.答案　(1)D　(2)0.880　2.50　(3)0.546 解析　(1)根据滑块A的质量m1＝280 g，滑块B的质量m2＝120 g，滑块A碰后速度小于碰前速度，所以纸带D端与滑块A相连。 (2)在纸带上打出相邻两点的时间间隔为ΔtA＝＝0.02 s， 根据滑块A碰后速度小于碰前速度，结合碰撞时间较短，则有滑块A碰撞后速度大小 v1＝ m/s＝0.880 m/s。 设滑块B碰撞后的速度大小为v2， 由v2＝得v2＝2.50 m/s。 (3)两滑块碰后的动量 p′＝m1v1＋m2v2≈0.546 kg·m/s。 6.答案　(1)小于　(2)　(3)＝－ 解析　(1)要使滑块A与滑块B碰撞后反弹，则应该满足mA<mB； (2)碰撞后滑块A第二次通过光电门C，故其速度大小为v3＝； (3)以水平向右为正方向，滑块A、B碰撞过程动量守恒的表达式为mAv1＝mBv2－mAv3 可得＝－。 四、解答题 7.答案　(1)0.30 s　(2)2.0 m/s　(3)0.10 J 解析　两物块碰撞后，竖直方向的运动为自由落体运动则有h＝gt2 解得t＝0.30 s。 (2)设A、B碰后瞬间的速度为v，水平方向的运动为匀速运动，则有s＝vt 解得v＝1.0 m/s 根据动量守恒定律有mv0＝2mv 解得v0＝2.0 m/s。 (3)根据能量守恒定律可得，两物块碰撞过程中损失的机械能ΔE＝mv－×2mv2 解得ΔE＝0.10 J。 学科网（北京）股份有限公司 $