实验抢分专练(第七章 实验八 验证动量守恒定律)-【优学精研】2026年高考物理一轮总复习教用课件

实验抢分专练　(40分钟　44分) 实验抢分专练(八)　验证动量守恒定律 1.(6分)(2024·新课标全国卷)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。 1 2 3 4 5 6 完成下列填空: (1)记a、b两球的质量分别为ma、mb,实验中须满足条件ma________(选填“>”或“<”)mb;(2分)  【解析】(1)为了保证小球碰撞为对心正碰,且碰后不反弹,要求ma>mb; > 1 2 3 4 5 6 (2)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_____________________________________________ _________________________________________________________________________ _______________________________。(4分)  【解析】 (2)两球离开斜槽后做平抛运动,由于抛出点的高度相等,它们做平抛运动的时间t相等,碰撞前a球的速度大小v0=,碰撞后a球的速度大小va=,碰撞后b球的速度大小vb=,如果碰撞过程系统动量守恒,则碰撞前后系统动量相等,则mav0=mava+mbvb,整理得maxP=maxM+mbxN。 小球离开斜槽末端后做平抛运动,竖直方向上高度相同,故下落时间相同,水平方向上做匀速直线运动,小球水平飞出时的速度与平抛运动的水平位移成正比。 maxP=maxM+mbxN 小球离开斜槽末端后做平抛运动,竖直方向上高度 相同,故下落时间相同,水平方向上做匀速直线运动,小球水平飞出时的速度与平抛运动的水平位移成正比 1 2 3 4 5 6 2.(6分)如图为验证动量守恒定律的实验装置,轨道固定且光滑,实验中选取两个半径相同、质量不等的小球(m1>m2)进行实验。 (1)(多选)若进行实验,以下所提供的测量工具中必须的是________。(2分)  A.直尺　　　　　B.游标卡尺 C.天平 D.弹簧测力计 【解析】(1)要验证动量守恒定律,需要测量小球的质量和三个落点到B点的距离,故提供的测量工具中必须的是直尺和天平。故选A、C。 A、C 1 2 3 4 5 6 (2)每一次均保证m1由图示位置静止下滑,碰撞前m2在图示位置静止,两球落在下方斜面上的位置M、P、N到斜槽末端B点的距离分别为LM、LP、LN,只要满足关系式______________________,就能说明两球碰撞前后系统动量守恒。(2分) m1=m1+m2 1 2 3 4 5 6 【解析】 (2)碰撞前小球m1落在图中的P点,设水平初速度为v1,发生碰撞后小球m1、m2落在图中的M点和N点,设水平初速度为v'1和v'2,设斜面倾角为θ,由平抛运动规律,竖直方向有 LMsinθ=gt2 水平方向有LMcosθ=v'1t 解得v'1= 同理可得v1=,v'2= 只要满足m1v1=m1v'1+m2v'2 即m1=m1+m2 就能说明两球碰撞前后系统动量守恒。 1 2 3 4 5 6 (3)现调整下方斜面倾角为30°,并把m1和m2互换位置,m2由静止释放的位置到斜槽 水平面的高度为2h,反弹上升的最高位置到斜槽水平面的高度为,m1落在下方斜 面上的位置到斜槽末端B点的距离为l,两小球碰撞前、后若满足表达式= ________,则碰撞过程中两球组成的系统动量守恒。(2分)  6 1 2 3 4 5 6 【解析】(3)碰撞后对球2有m2g·=m2 对球1竖直方向有lsin30°=gt2 水平方向有lcos30°=v2t 解得v1=,v2= 碰撞前对球2有m2g·2h=m2 解得v0=2 对两球组成的系统有m2v0=m1v2-m2v1 解得=6 1 2 3 4 5 6 3.(6分)(2024·成都模拟)用图示装置验证动量守恒定律。气垫导轨上安装1、2两个光电门,两滑块上均固定一相同的竖直遮光条。 (1)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Q使轨道右端________(选填“升高”或“降低”)一些。(2分)  【解析】(1)滑块通过光电门1的时间小于通过光电门2的时间,说明滑块做减速运动,则右端较高,可调节Q使轨道右端降低一些。 降低 1 2 3 4 5 6 (2)正确调节后,测出滑块A和遮光条的总质量为mA,滑块B和遮光条的总质量为mB。将滑块A静置于两光电门之间,将滑块B静置于光电门2的右侧,推动B,使其获得水平向左的速度(滑块B在第一次到达光电门2之前已经完成加速过程),B经过光电门2并与A发生碰撞且被弹回,再次经过光电门2。光电门2先后记录的挡光时间为Δt1、Δt2,光电门1记录的挡光时间为Δt3。则实验中两滑块的质量满足mA_____ (选填“>”“<”或“=”)mB,若等式______________成立,则可初步验证上述碰撞中系统动量守恒。(4分)  【解析】 (2)滑块B与滑块A碰撞后被弹回,根据碰撞规律mA>mB,若碰撞过程动量守恒,取向左为正方向,有mB·=mA·-mB·,整理得=-。 > =- 1 2 3 4 5 6 4.(8分)(2025·大连模拟)用图示装置验证动量守恒定律。固定在水平桌面上的水平槽轨道内有一被锁定的处于压缩状态的弹簧,其右侧放置一小球P。水平槽轨道右端口放置一小球Q,已知P、Q质量分别为mP、mQ。现将弹簧解除锁定,小球P向右运动,与弹簧分离,和小球Q发生碰撞后两球从水平槽轨道右端口飞出。图中O点是小球从水平槽轨道右端口飞出点在水平地面上的垂直投影,xP是小球P落地点与O点的距离,xQ是小球Q落地点与O点的距离。现撤掉小球Q,使小球P仍从弹簧原锁定位置被弹出,xPO是小球P落地点与O点的距离。重力加速度为g。 1 2 3 4 5 6 (1)(多选)实验中必须满足以下哪些条件______。(2分)  A.水平槽轨道末端水平 B.水平槽轨道光滑 C.小球P的质量大于小球Q的质量 D.需测量P、Q两小球的半径 【解析】(1)水平槽轨道末端须水平,保证小球做平抛运动,故A正确;实验需保证P球两次到达水平槽末端速度相同,水平槽轨道可以不光滑,故B错误;由于要保证P、Q小球碰后均向右做平抛运动,小球P的质量要大于Q的质量,故C正确;P、Q两球平抛运动的初始位置相同,落点位置看切点确定,不需要测量半径,故D错误。 A、C 1 2 3 4 5 6 (2)若水平槽右端口到地面的高度为h,则小球P与Q碰撞前的速度vP=________。(将两球视作质点)(3分)  【解析】 (2)小球P做平抛运动,则h=gt2,xPO=vPt,解得vP=xPO。 (3)若两球相碰前后的动量守恒,其表达式应满足________________________(用本题中测量的物理量符号表示)。(3分)  【解析】 (3)同理,对碰撞后两球速度有vP2=xP,vQ2=xQ,若两球碰撞前后动量守恒,则有mPvP=mPvP2+mQvQ2, 化简得mPxPO=mPxP+mQxQ。 xPO mPxPO=mPxP+mQxQ 1 2 3 4 5 6 5.(8分)(2024·邵阳模拟)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,使硬币可以平滑地从斜面滑到水平面上,其中OA为水平段。选择相同材质的一元硬币和一角硬币进行实验。 测量硬币的质量,得到一元和一角硬币的质量分别为m1和m2(m1>m2)。将硬币a放置在斜面上某一位置,标记此位置为B。由静止释放a,当a停在水平面上某处时,测量a从O点到停止处的滑行距离OP。将硬币b放置在O处,左侧与O点重合,将a放置于B点由静止释放。当两枚硬币发生碰撞后,分别测量a、b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 2 3 4 5 6 (1)在本实验中,b选用的是________(选填“一元”或“一角”)硬币;(2分)  【解析】(1)根据图乙可知,a碰撞b后,a的速度方向仍然向右,没有发生反弹,可知a的质量大一些,即在本实验中,a选用的是一元硬币,b选用的是一角硬币。 (2)碰撞后,b在O点时速度的大小可表示为________(设硬币与纸板间的动摩擦因数为μ,重力加速度为g);(3分)  【解析】(2)碰撞前,b从O点运动到N点减速至0,设b在O点的速度大小为v2,根据动能定理有-μm2gs2=0-m2 解得v2= 一角 1 2 3 4 5 6 (3)若a、b发生弹性碰撞,则=___________。(3分)  【解析】(3)设a碰撞前到O点时速度大小为v0,根据动能定理有-μm1gs0=0-m1 解得v0=,a碰撞后到O点时速度大小为v1,根据动能定理有-μm1gs1=0-m1 解得v1= 若a、b发生弹性碰撞,则碰撞时动量守恒,能量守恒 m1v0=m1v1+m2v2,m1=m1+m2 以上各式联立,解得=1。 1 1 2 3 4 5 6 6.(10分)(2025·大庆模拟)某实验小组验证动量守恒定律的装置如图甲所示。 (1)选择两个半径相等的小球,其中一个小球有经过球心的孔,用游标卡尺测量两小球直径d,如图乙所示d=________mm;(2分)  【解析】(1)由图乙可知,两小球直径为d=4 mm+18×0.05 mm=4.90 mm。 4.90 1 2 3 4 5 6 (2)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m1>m2;(2分)  【解析】 (2)题干中没有要求质量为m1的小球不反弹,则不需要满足m1>m2。 (3)将铁架台放置在水平桌面上,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m1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m2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m2的落地点; 不需要 1 2 3 4 5 6 (5)拉起小球m1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m1碰撞前瞬间速度v1=__________________;同样方式可以得到m1碰撞后瞬间速度v3;(已知当地的重力加速度为g)(2分)  【解析】 (5)根据题意,由牛顿第二定律有F1-m1g=m1,整理可得v1=。 1 2 3 4 5 6 (6)测出小球m2做平抛的水平位移s和竖直位移h,已知当地的重力加速度为g,则m2碰后瞬间速度v2=________;(2分)  【解析】 (6)小球m2做平抛运动,则有s=v2t,h=gt2 解得v2=s。 (7)数据处理后若满足表达式:_________________________(已知本次实验中m1>m2,速度用v1、v2、v3表示),则说明m1与m2碰撞过程中动量守恒。(2分)  【解析】(7)由于本实验中m1>m2则碰后m1不反弹,若碰撞过程中动量守恒,则有 m1v1=m1v3+m2v2 即 m1v1=m1v3+m2v2成立,则可说明m1与m2碰撞过程中动量守恒。 s m1v1=m1v3+m2v2 1 2 3 4 5 6 $