课后分层练(四) 实验：验证动量守恒定律-【正禾一本通】2025-2026学年高二物理选择性必修第一册同步课堂高效讲义配套练习（人教版）

[课后分层练(四)]　实验：验证动量守恒定律 (选择题每题5分，非选择题每题10分，建议用时：40分钟) 　1．(2024·河南高考)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；再将与a半径相等的小球b置于轨道右侧端点，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分别与O点的距离xM、xN。 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)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___________________________________________________________________________________________________________________________________________。 答案：(1)>　(2)maxP＝maxM＋mbxN　见解析 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。 (2)两球离开斜槽轨道后做平抛运动，由于抛出点的高度相等，则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。 小球离开斜槽轨道末端后做平抛运动，竖直方向高度相同，故下落时间相同，水平方向做匀速直线运动，小球水平飞出时的速度与平抛运动的水平位移成正比。 2．(2025·广东梅州期末)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，某同学用如图甲所示的装置验证“动量守恒定律”，部分实验步骤如下： (1)用螺旋测微器测P、Q上固定的遮光条宽度分别为d1和d2。测d1示数如图乙所示，其读数为________ mm。 (2)在调节气垫导轨水平时，开启充气泵，将其中一个滑块轻放在导轨中部后，发现它向右加速运动。此时，可以调节左支点使其高度________(选填“升高”或“降低”)，直至滑块能静止在导轨上。 (3)用天平测得P、Q的质量(含遮光条)分别为m1和m2。实验时，将两个滑块压缩轻弹簧后用细线拴紧，然后烧断细线，轻弹簧将两个滑块弹开，测得它们通过光电门的时间分别为t1、t2。则动量守恒应满足的关系式为______________________(用t1、t2、d1、d2、m1、m2表示)。 答案：(1)6.860　(2)降低　(3)m1·＝m2· 解析：(1)螺旋测微器的精确值为0.01 mm，由题图乙可得 d1＝6.5 mm＋36.0×0.01 mm＝6.860 mm。 (2)在调节气垫导轨水平时，开启充气泵，将其中一个滑块轻放在导轨中部后，发现它向右加速运动，可知此时左端高，右端低，可以调节左支点使其高度降低，直至滑块能静止在导轨上。 (3)两滑块被弹簧弹开后的速度分别为 v1＝ ，v2＝ 若动量守恒，则有m1v1＝m2v2 联立可得动量守恒应满足的关系式为 m1· ＝m2· 。 3．图甲为验证动量守恒定律的实验装置图，让小车A拖着纸带向左运动，与静止的小车B碰撞，碰撞后两车粘在一起继续运动。 (1)提供的实验器材有： A．长木板 B．两个相同的小车 C．天平 D．电磁打点计时器 E．6 V干电池组 F．低压交流学生电源 G．刻度尺 H．停表 I．纸带 J．复写纸 K．橡皮泥 L．导线 上述器材中不需要的有________(填器材前面的字母序号)。 (2)实验时首先将橡皮泥粘在小车B的右端面，然后用天平分别称量小车A和粘有橡皮泥的小车B的质量m1、m2；把长木板放置在水平桌面上，将电磁打点计时器固定在其右端。接着还需完成以下5个实验操作步骤，合理的操作顺序是________。 ①轻推小车A ②接通打点计时器的电源 ③将小车B置于长木板的中央 ④当小车即将到达木板左端时，用手按住小车 ⑤将小车A靠近打点计时器且居中置于木板上，纸带穿过打点计时器后固定在其右端 (3)实验中，某同学得到的纸带点迹不清楚甚至有漏点，可能的原因有________。 A．复写纸颜色淡了 B．纸带运动速度太慢 C．使用了直流电源 D．所选择的交流电源电压偏低 (4)图乙是实验得到的一条点迹清楚的纸带，相邻计数点间的距离如图所示，设x1＝2.00 cm，x2＝1.40 cm，x3＝0.95 cm，小车A和B(含橡皮泥)的质量分别为m1和m2，在实验误差允许的范围内，关系式____________________(用所给字母表示)成立，则表明碰撞前后系统的动量守恒。 答案：(1)EH　(2)⑤③②①④(或③⑤②①④)　(3)D　(4)m1x1＝(m1＋m2)x3 解析：(1)从所给的器材中，对照装置图和实验原理，打点计时器需要交流电源，所以6 V干电池组不需要，打点计时器可以记录时间，故停表也不需要，其余的长木板、两个相同的小车、天平、电磁打点计时器、刻度尺、纸带、复写纸、橡皮泥、导线等都需要用到，故选EH。 (2)先将小车A靠近打点计时器且居中置于木板上，纸带穿过打点计时器后固定在其右端，之后将小车B置于长木板的中央，再接通打点计时器的电源，之后轻推小车A，当小车即将到达木板左端时，用手按住小车，故合理的操作顺序是⑤③②①④或③⑤②①④。 (3)复写纸颜色淡了，只是打出的点迹不清楚，不会出现漏点，故A错误；纸带运动速度太慢，则打出的点迹很密集，不会点迹不清楚，不会出现漏点，故B错误；使用了直流电源，打点计时器不工作，故C错误；所选择的交流电源电压偏低，会造成点迹不清楚，出现漏点，故D正确。 (4)利用x1可得A与B碰前A的速度v1＝ ；利用x3可得A与B碰后两车的速度v2＝ 。若动量守恒，则满足m1v1＝(m1＋m2)v2，即m1x1＝(m1＋m2)x3。 4．(2025·广东江门期末)用如图甲所示的装置验证“动量守恒定律”。水平放置的气垫导轨上有A、B两个滑块，开始时两个滑块静止，它们之间有一根被压缩的轻质弹簧，滑块间用绳子连接，如图甲所示。气垫导轨正常工作后，将绳子烧断，两个滑块向相反方向运动，同时开始频闪拍摄，得到一幅多次曝光的数码照片，如图乙所示。已知频闪的频率为10 Hz，滑块A、B的质量分别为200 g、300 g。 (1)由图可知，A、B离开弹簧后，应该做 ________运动。根据照片记录的信息可以看出闪光照片有明显与事实不相符合的地方是_____________________________________________________________________。 (2)若不计此失误，分开后，A的动量大小为________kg·m/s，B的动量的大小为________kg·m/s。 (3)本实验中得出“在实验误差允许范围内，两滑块组成的系统动量守恒”这一结论的依据是___________________________________________________________________。 答案：(1)匀速直线　A、B两滑块的前几个间隔　(2)0.018　0.018　(3)A、B两滑块作用前后总动量相等，均为0 解析：(1)A、B离开弹簧后，不受弹力，气垫导轨没有摩擦，则两滑块均做匀速直线运动。 烧断细线后，在弹簧恢复原长的过程中，滑块应先做加速运动，当弹簧恢复原长后，滑块做匀速直线运动，由题图中闪光照片可知，滑块直接做匀速直线运动，没有加速过程，实际上A、B两滑块的前几个间隔应该比后面匀速时相邻间隔的长度小，故A、B两滑块的前几个间隔与事实不符。 (2)频闪照相的时间间隔为t＝＝ ＝0.1 s，滑块A的速度为vA＝＝ m/s＝0.09 m/s，滑块B的速度为vB＝＝m/s＝0.06 m/s。 A的动量为pA＝mAvA＝0.200×0.09 kg·m/s＝0.018 kg·m/s；B的动量为pB＝mBvB＝0.300×0.06 kg·m/s＝0.018 kg·m/s。 (3)由(2)可见A、B的动量大小相等、方向相反，系统的总动量为0，与释放前的动量相等，因此系统动量守恒。 5．(2025·河南期中联考)实验小组用如图所示的装置做“验证动量守恒定律”实验。该装置斜面末端与水平固定的木板在连接处做了平滑处理。实验时将小物块A从斜面上P点由静止释放，物块A经过木板上Q点后继续滑行直至停止，测量停下的位置距Q点的距离为x1，如图1所示。现将另一与A材料相同、粗糙程度相同但质量不同的小物块B放置在Q点，仍将物块A从斜面上P点由静止释放，物块A与物块B在Q点相碰后反弹，测得物块A与物块B停下的位置距Q点的距离分别为x2和x3，如图2所示。 (1)为验证物块A、B碰撞过程动量守恒，还需要测出_____________________________________________________________________ (写出物理量的名称及表示字母)。 (2)若关系式_____________________________________________________________________ 成立，则可验证物块A、B碰撞过程动量守恒(用x1、x2、x3和测量物理量的字母表示)。 (3)有关该实验的说法中，正确的是________(填选项序号)。 A．物块A的质量必须大于物块B的质量 B．本实验中必须测出物块A、B与木板间的动摩擦因数 C．必须保证物块A从斜面上同一位置由静止释放 D．尽可能保证物块A、B的碰撞为正碰 答案：(1)A物块的质量mA和B物块的质量mB (2)mA＝mB－mA 　(3)CD 解析：(1)没有碰撞时，根据动能定理可得 μmAgx1＝mAv2 碰撞后，根据动能定理可得 μmAgx2＝mA2，μmBgx3＝mB2 碰撞前后动量守恒，则 mAv＝－mAv1＋mBv2 解得mA＝mB－mA 为验证物块A、B碰撞过程动量守恒，还需要测出A物块的质量mA和B物块的质量mB。 (2)根据以上分析可知，要验证A、B碰撞过程动量守恒，则需验证等式mA＝mB－mA成立。 (3)根据题意可知，物块A反弹，所以A的质量小于物块B的质量，故A错误；根据验证的等式可知，本实验中不需要测出物块A、B与木板间的动摩擦因数μ，故B错误；为了使A每次到达Q点速度不变，必须保证物块A从斜面上同一位置由静止释放，故C正确；为了减小误差，尽可能保证物块A、B的碰撞为正碰，故D正确。 6．(2024·福建高考)某小组基于动量守恒定律测量玩具枪子弹离开枪口的速度大小，实验装置如图(a)所示。所用器材有玩具枪、玩具子弹、装有挡光片的小车、轨道、光电门、光电计时器、十分度游标卡尺、电子秤等。实验步骤如下： (1)用电子秤分别测量小车的质量M和子弹的质量m。 (2)用游标卡尺测量挡光片宽度d，示数如图(b)所示，宽度d＝_______ cm。 (3)平衡小车沿轨道滑行过程中的阻力。在轨道上安装光电门A和B，让装有挡光片的小车以一定初速度由右向左运动，若测得挡光片经过A、B的挡光时间分别为13.56 ms、17.90 ms，则应适当调高轨道的________(选填“左”或“右”)端。经过多次调整，直至挡光时间相等。 (4)让小车处于A的右侧，枪口靠近小车，发射子弹，使子弹沿轨道方向射出并粘在小车上，小车向左运动经过光电门A，测得挡光片经过A的挡光时间Δt。 (5)根据上述测量数据，利用公式v＝______(用d、m、M、Δt表示)即可得到子弹离开枪口的速度大小v。 (6)重复步骤(4)五次，并计算出每次的v值，填入下表。 次数 1 2 3 4 5 速度v/(m·s-1) 59.1 60.9 60.3 58.7 59.5 (7)根据表中数据，可得子弹速度大小v的平均值为________m/s。(结果保留3位有效数字) 答案：(2)0.99　(3)右　(5)(m＋M)d,mΔt　(7)59.7 解析：(2)游标卡尺的分度值为0.1 mm，则挡光片的宽度为d＝0.9 cm＋9×0.1 mm＝0.99 cm。 (3)小车经过光电门的速度为v车＝ ，测得挡光片经过A、B的挡光时间分别为13.56 ms、17.90 ms，可知小车经过光电门A的速度大于经过光电门B的速度，故应适当调高轨道的右端。 (5)小车经过光电门A的速度为v车＝，子弹粘上小车的过程，根据动量守恒定律有mv＝(M＋m)v车，解得v＝ 。 (7)根据表格数据，可得子弹速度大小v的平均值为＝＝59.7 m/s。 学科网（北京）股份有限公司 $