课时检测 第一章 4.实验：验证动量守恒定律-（配套练习）【学霸笔记·同步精讲】2025-2026学年高中物理选择性必修第一册（人教版）

4.实验：验证动量守恒定律 1.（2025·广东广州月考）某实验小组采用如图所示的实验装置做“验证动量守恒定律”实验。在水平桌面上放置气垫导轨，导轨上安装光电计时器1和光电计时器2，带有遮光片的滑块A、B的质量分别为mA、mB，两遮光片沿运动方向的宽度均为d，实验过程如下：①调节气垫导轨成水平状态；②轻推滑块A，测得滑块A通过光电计时器1的遮光时间为t1；③滑块A与滑块B相碰后，滑块B和滑块A先后经过光电计时器2的遮光时间分别为t2和t3。 （1）实验中为确保两滑块碰撞后滑块A不反向运动，则mA、mB应满足的关系为mA　　　　（选填“大于”“等于”或“小于”）mB。 （2）碰前滑块A的速度大小为　　　　。 （3）利用题中所给物理量的符号表示动量守恒定律成立的式子为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 2.（2025·湖南长沙期末）某中学实验小组做“验证动量守恒定律”的实验装置示意图如图所示。主要步骤为： ①将斜槽固定在水平桌面上，使槽的末端水平； ②让质量为m1的入射球多次从斜槽上S位置静止释放，记录其平均落地点位置； ③把质量为m2的被碰球静置于槽的末端，再将入射球从斜槽上S位置静止释放，与被碰球相碰，并多次重复，记录两小球的平均落地点位置； ④记录小球抛出点在地面上的垂直投影点O，测出碰撞前后两小球的平均落地点的位置，M、P、N与O的距离分别为x1、x2、x3，如图乙，分析数据： （1）若入射小球半径为r1，被碰小球半径为r2，则要求　　　　（填选项前的字母）。 A.m1＞m2，r1＞r2 B.m1＜m2，r1＜r2 C.m1＞m2，r1＝r2 D.m1＜m2，r1＝r2 （2）关于该实验，下列说法正确的有　　　　　（填选项前的字母）。 A.入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放 B.铅垂线的作用是检验斜槽末端是否水平 C.斜槽轨道必须光滑 D.实验中必须测量出小球抛出点的离地高度H （3）若两球碰撞时的动量守恒，应满足的关系式为　　　　　　　　。（均用题中所给物理量的符号表示） 3.（2025·辽宁沈阳期中）如图甲所示，让两个小球在斜槽末端碰撞来验证动量守恒定律。 （1）关于本实验，下列做法正确的是　　　　　（填选项前的字母）。 A.实验前，调节装置，使斜槽末端水平 B.选用两个半径不同的小球进行实验 C.用质量大的小球碰撞质量小的小球 （2）图甲中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影，首先，将质量为m1的小球从斜槽上的S位置由静止释放，小球落到复写纸上，重复多次。然后，把质量为m2的被碰小球置于斜槽末端，再将质量为m1的小球从S位置由静止释放，两球相碰，重复多次。分别确定平均落点，乙图中找到平均落点后从左到右依次记为M、P和N（P为质量为m1的小球单独滑落时的平均落点，M为质量为m1的小球与另一个质量为m2的小球的碰后落点）。 a.图乙为实验的落点记录，简要说明如何确定某一个小球的平均落点　　　　　　　　　　　　　　　　　； b.分别测出O点到平均落点的距离，记为OP、OM和ON。在误差允许范围内，若关系式　　　　　成立，即可验证碰撞前后动量守恒。 （3）受上述实验的启发，某同学设计了另一种验证动量守恒定律的实验方案。如图丙所示，用两根不可伸长的等长轻绳将两个半径相同、质量不等的匀质小球悬挂于等高的O点和O'点，两点间距等于小球的直径。将质量较小的小球1向左拉起至A点由静止释放，在最低点B与静止于C点的小球2发生正碰。碰后小球1向左反弹至最高点A'，小球2向右摆动至最高点D。测得小球1、2的质量分别为m和M，弦长AB＝l1、A'B＝l2、CD＝l3。 推导说明，m、M、l1、l2、l3满足　　　　　　　关系即可验证碰撞前后动量守恒。 4.（2025·吉林通化月考）验证动量守恒定律的实验可以在如图所示的气垫导轨上完成，其中左、右两侧的光电门可以记录遮光片通过光电门的挡光时间。实验前，测得滑块A（连同其上的遮光片）的总质量为m1、滑块B（连同其上的遮光片）的总质量为m2，两滑块上遮光片的宽度相同。实验时，开启气垫导轨气源的电源，轻轻拨动两滑块，两滑块在导轨上自由运动时近似为匀速运动，再让滑块A从导轨的左侧向右运动，穿过光电门与静止在两光电门之间的滑块B发生碰撞。 （1）关于实验，下列说法正确的是　　　　（填选项前的字母）。 A.本实验可以不用通过垫高导轨的方式平衡滑块和轨道间的摩擦阻力 B.两滑块的质量应满足m1＞m2 C.需要用刻度尺测量两光电门之间的距离 D.需要用秒表测量滑块上的遮光片经过光电门的时间 （2）在某次实验中，光电门记录的遮光片挡光时间如表所示。 左侧光电门 右侧光电门 碰前 T1 无 碰后 T2 T3 在实验误差允许范围内，若满足关系式　　　　，即验证了碰撞前后两滑块组成的系统动量守恒（用测量的物理量表示）。 5.（2025·河南周口月考）某实验小组的同学利用如图1所示的装置来验证动量守恒定律。 ①调节气垫导轨，轻推滑块Q使其能在气垫导轨上做匀速直线运动； ②将弧形轨道与气垫导轨平滑连接； ③气垫导轨上不放滑块Q，将固定有遮光条的滑块P在弧形轨道上由静止释放，测得遮光条的遮光时间为t1； ④在气垫导轨左侧放置滑块Q，滑块P在弧形轨道上由同一位置静止释放，滑块P与滑块Q发生碰撞并粘在一起，测得遮光条的遮光时间为t2； ⑤测得滑块P（含遮光条）、Q的质量分别为m、M，用游标卡尺测得遮光条的宽度L如图2所示。 请回答下列问题： （1）遮光条的宽度L＝　　　　mm。 （2）若碰撞过程中关系式＝　　　　成立（用题中已知量表示），则系统的动量守恒。 （3）若第二次释放P的位置偏低，则的值　　　（选填“偏大”“偏小”或“不变”）。 3 / 3 学科网（北京）股份有限公司 $ 4.实验：验证动量守恒定律 1.（1）大于　（2）　（3）＝＋ 解析：（1）滑块A和滑块B发生碰撞，用质量大的滑块A碰撞质量小的滑块B，则不会发生反弹，所以mA＞mB。 （2）滑块经过光电计时器时做匀速运动，则碰前滑块A的速度大小为vA＝。 （3）碰后滑块A的速度vA'＝，碰后滑块B的速度vB'＝，由动量守恒定律得mAvA＝mAvA'＋mBvB'，化简可得＝＋。 2.（1）C　（2）A　（3）m1x2＝m1x1＋m2x3 解析：（1）为了避免碰撞后小球被撞回，所以要求入射球的质量大于被碰球的质量，两球正碰，半径相同，即m1＞m2，r1＝r2。故选C。 （2）只要保证每一次小球从同一位置静止释放，使得小球获得相同的初速度即可，故A正确；铅垂线的作用是用来确定O点位置的，不是用来检验斜槽是否水平，故B错误；斜槽轨道可以不用光滑，故C错误；小球从斜槽末端飞出后，做平抛运动，由于高度相同，所以在空中运动时间相同，即可用水平位移表示速度，所以不需要测量小球抛出点的离地高度H，故D错误。 （3）设小球在空中运动的时间为t，若满足动量守恒定律有m1·＝m1·＋m2· 整理得m1x2＝m1x1＋m2x3。 3.（1）AC　（2）应画出尽可能小的圆把所有落点圈住，这个圆的圆心位置代表平均落点　m1·OP＝m1·OM＋m2·ON　（3）ml1＝－ml2＋Ml3 解析：（1）为了确保小球飞出斜槽末端的初速度方向水平，实验前，调节装置，使斜槽末端水平，故A正确；为了使小球发生对心正碰，实验中应选用两个半径相同的小球进行实验，故B错误；实验中为了避免碰撞过程发生反弹，应用质量大的小球碰撞质量小的小球，故C正确。 （2）实验中，确定某一个小球的平均落点，应画出尽可能小的圆把所有落点圈住，这个圆的圆心位置代表平均落点。P点为入射小球单独滚下的落地点，M、N分别为入射小球和被碰小球碰撞后的落地点，根据平抛运动规律有h＝gt2，OP＝v0t，OM＝v1t，ON＝v2t 碰撞过程动量守恒，则有m1v0＝m1v1＋m2v2， 解得m1·OP＝m1·OM＋m2·ON。 （3）令三条弦AB、A'B、CD对应的圆心角分别为θ1、θ2、θ3，小球做圆周运动的半径为R，则有l1＝2Rsin ，l2＝2Rsin ，l3＝2Rsin ，对小球1进行分析，根据动能定理有mg（R－Rcos θ1）＝m，－mg（R－Rcos θ2）＝0－m，对小球2进行分析，根据动能定理有－Mg（R－Rcos θ3）＝0－M，小球1碰撞后发生了反弹，根据动量守恒定律有mv3＝m（－v4）＋Mv5 由三角函数知识解得ml1＝－ml2＋Ml3。 4.（1）A　（2）＝－＋ 解析：（1）本实验采用气垫导轨使两滑块发生碰撞，此时两滑块所受摩擦力可以忽略，所以本实验不需要通过垫高导轨的方式平衡滑块和轨道间的摩擦阻力，故A正确；本实验通过光电门测量两滑块的速度，根据题干实验步骤，需要滑块A碰撞滑块B后被弹回，所以两滑块的质量应满足m1＜m2，故B错误；光电门可以测量滑块经过光电门的时间，用刻度尺测量遮光片的长度，可求出小车通过光电门时的速度，所以不需要再测量两光电门之间的距离，故C错误；光电门本身可以测量时间，所以不需要再用秒表测量滑块上的遮光片经过光电门的时间，故D错误。 （2）设遮光片的刻度为d，碰撞前滑块A通过光电门的速度大小v1＝ 碰撞后滑块A通过光电门的速度大小v2＝ 碰撞后滑块B通过光电门的速度大小v3＝ 取水平向右为正方向，根据动量守恒定律， 有m1v1＝－m1v2＋m2v3，化简得＝－＋。 5.（1）1.25　（2）　（3）偏小 解析：（1）遮光条的宽度L＝1 mm＋5×0.05 mm＝1.25 mm。 （2）滑块P在弧形轨道上由静止释放，运动到气垫导轨上的速度v1＝ 滑块P与滑块Q发生碰撞并粘在一起的速度v2＝ 由动量守恒定律得mv1＝（m＋M）v2， 联立解得＝ 若碰撞过程中关系式＝成立，则系统动量守恒。 （3）若第二次释放P的位置偏低，则滑块P运动到气垫导轨上的速度偏小，二者发生碰撞并粘在一起的速度偏小，故t2偏大，t1仍为第一次释放滑块P经过光电门的时间，故比值偏小。 学科网（北京）股份有限公司 $