2025-2026学年高二寒假假期作业实验专题：实验 验证动量守恒定律

高中物理选择性必修第一册假期作业 实验：验证动量守恒定律（实验专题）答案 1.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。 2.答案　(1)速度(速率、动量、动能等均可)　(2)C　(3)2＝2＋(每空2分) 解析　(1)两次从同一位置弹射A，目的是确保A到达OO′线时具有相同的速度。 (2)由匀变速直线运动规律可得 v02＝2as1 碰撞前瞬间A的速度v0大小与成正比。 故选C。 (3)设一个冰壶的质量为m，由匀变速直线运动规律可得，碰后A、B的速度为 v1＝，v2＝ 据动量守恒定律可得 2mv0＝2mv1＋mv2 解得2＝2＋ 若测量数据均满足上述关系式，则说明冰壶碰撞过程中动量守恒。 3.答案　0.4 m/s　水平向左 解析　本题的研究对象为两辆碰碰车(包括驾车的同学)组成的系统，在碰撞过程中此系统的内力远远大于所受的外力，外力可以忽略不计，满足动量守恒定律的适用条件。设甲同学的车碰撞前的运动方向为正方向，他和车的总质量m1＝120 kg，碰撞前的速度v1＝5 m/s；乙同学和车的总质量m2＝180 kg，碰撞前的速度v2＝－4 m/s。设碰撞后两车的共同速度为v，则系统碰撞前的总动量为：p＝m1v1＋m2v2 ＝120×5 kg·m/s＋180×(－4) kg·m/s ＝－120 kg·m/s。 碰撞后的总动量为p′＝(m1＋m2)v。 根据动量守恒定律可知p＝p′， 代入数据解得v＝－0.4 m/s， 即碰撞后两车以0.4 m/s的共同速度运动，运动方向水平向左。 4.答案　(1)B　(2)ADE　(3)AE 解析　(1)为了保证小球做平抛运动，轨道末端的切线需要水平，轨道不一定需要光滑，故A错误，B正确； 为了避免m1碰撞后反弹，需m1>m2，故C错误； 为了保证碰撞前小球的速度相等，每次m1都要从同一高度由静止滚下，故D错误。 (2)小球离开轨道后做平抛运动，小球下落的高度相同，在空中的运动时间t相同，由x＝vt可知，小球的水平位移与小球的初速度v成正比，可以用小球的水平位移代替小球的初速度，如果小球动量守恒，满足关系式m1v0＝m1v1＋m2v2 故有m1v0t＝m1v1t＋m2v2t 即m1OP＝m1OM＋m2O′N 由此可知需测量小球的质量m1、m2，记录纸上O点与M、P点及O′与N点间的距离OM、OP、O′N。故选A、D、E。 (3)碰撞前，系统的总动量等于入射球的动量， 即p1＝m1v1 碰撞后的总动量p2＝m1v1′＋m2v2 由于v1＝ v1′＝ v2＝ 则需要验证m1·和m1·＋m2·(－2r)是否相等。故选A、E。 5.答案　(1)平衡摩擦力　(2)BC　DE　(3)0.856　0.855 解析　(1)实验前，该实验小组必须做的一项实验步骤是平衡摩擦力，才能使小车在木板上做匀速直线运动； (2)推动小车由静止开始运动，故小车有个加速过程，在碰撞前做匀速直线运动，即在相同的时间内通过的位移相同，BC段为匀速运动的阶段，故选BC段计算碰前的速度；碰撞过程是一个变速运动的过程，而A和B碰后的共同运动为匀速直线运动，故在相同时间内通过相同的位移，故应选DE段来计算碰后共同的速度； (3)打点计时器频率为50 Hz，则两点间时间间隔T＝0.02 s，碰前小车的速度为 v1＝＝×10－2 m/s＝1.712 m/s 故碰前的总动量为p＝mAv1＝0.5×1.712 kg·m/s＝0.856 kg·m/s 碰后两小车的共同速度为v2＝＝×10－2 m/s＝1.140 m/s 故碰后的总动量为p′＝(mA＋mB)v2＝(0.5＋0.25)×1.140 kg·m/s＝0.855 kg·m/s。 6.答案　(1)>　B　(2)ACD　(3)m1·OP＝m1·OM＋m2·ON　(4)没有　小球每次都是从同一高度释放，克服摩擦力做的功相同，碰到小球速度相同 (5)＝＋ 解析　(1)为了防止入射球碰后反弹，应让入射球的质量大于被碰球的质量，即满足m1＞m2；小球离开轨道后做平抛运动，小球在空中的运动时间相同，小球的水平位移与其初速度成正比，可以用小球的水平位移代替小球的初速度，实验需要验证m1v0＝m1v1＋m2v2，因此可以直接用水平位移代替速度进行验证，故有m1OP＝m1OM＋m2ON 实验需要测量小球的质量、小球落地点的位置，测量质量需要天平，测量小球落地点的位置需要毫米刻度尺，因此需要的实验器材为B； (2)为使小球离开斜槽后做平抛运动，安装轨道时，轨道末端必须水平，故A正确； 小球离开斜槽后做平抛运动，由于抛出点高度相等，小球做平抛运动的时间相等，小球的水平位移与初速度成正比，可以用水平位移代替其初速度，实验不需要测量小球的运动时间，不需要测出斜槽末端距地面的高度，故B错误； 实验过程中，白纸不能移动，复写纸可以移动，故C正确； 用半径尽量小的圆把10个落点圈起来，这个圆的圆心可视为小球落点的平均位置，故D正确。 (3)若两球相碰前后的动量守恒，以向右为正方向，由动量守恒定律得 m1v0＝m1v1＋m2v2 又OP＝v0t，OM＝v1t，ON＝v2t 代入得m1OP＝m1OM＋m2ON (4)实验中小球斜槽之间存在摩擦力，这对实验结果没有影响。是因为小球每次都是从同一高度释放，克服摩擦力做的功相同，碰前小球速度相同； (5)碰撞前，小球A落在题图丙中的P点，设其水平初速度为v1，小球A和B发生碰撞后，A的落点在题图丙中M点，设其水平初速度为v1′，B的落点是题图丙中的N点，设其水平初速度为v2，设BB′间距离为x，由平抛运动规律得 L2＝gt2，x＝v1t 解得v1＝x 同理可得v1′＝x，v2＝x 若碰撞过程系统动量守恒，以向右为正方向，由动量守恒定律得 m1v1＝m1v1′＋m2v2 整理得＝＋。 7.答案　(1)　(2)s　(3)ma＝mbs　(4)可以减小挡光片的宽度，从而使a经过光电门的速度测量值更精确 解析　(1)解除锁定后，a向左运动，经过光电门，根据速度公式可知，a经过光电门的速度为v＝ (2)由题意可知，b做平抛运动有 h＝gt2，s＝v0t 则初速度为v0＝s (3)由动量守恒定律，可得 0＝mav－mbv0 即ma＝mbs (4)可以减小挡光片的宽度，从而使a经过光电门的速度测量值更精确(表述合理即可)。 学科网（北京）股份有限公司 $ 高中物理选择性必修第一册假期作业 实验：验证动量守恒定律（实验专题） 第一部分 实验过程 一、实验思路 两个物体发生碰撞时，作用时间很短，外力与系统内两物体的相互作用力相比很小，可以近似认为碰撞满足动量守恒定律的条件。 1．实验原理：确定研究对象，通过实验测量两个碰撞物体的质量(m1、m2)及碰撞前后的速度(v1、v1′、v2、v2′)，根据动量守恒，应满足m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′。 2．物理量的测量： 质量可以用天平直接测量，用打点计时器、数字计时器或速度传感器等测量速度。 说明：使用数字计时器测量速度v＝，其中d为挡光板的宽度。 二、进行实验 方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 1．实验器材：气垫导轨、数字计时器、天平、滑块两个(质量不同)、重物、轻质弹簧、细线、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等。 2．实验设计： 情景一：滑块上安装弹性碰撞架，轻推质量大的滑块碰撞静止的质量小的滑块，滑块碰撞后随即分开。 情景二：滑块安装撞针和橡皮泥，轻推质量大的滑块碰撞静止的质量小的滑块，滑块碰撞后连成一体。 情景三：滑块间放置压缩的轻质弹簧，用细线固定并保持静止，烧断细线后滑块弹开。 方案二：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 1．实验器材：斜槽轨道、半径相等质量不等的两小球、白纸、复写纸、铅垂线、天平、毫米刻度尺、圆规等。 2． 实验设计：如图所示，让一个质量较大的小球(入射小球)从斜槽上滚下来，与放在斜槽水平末端的另一质量较小、大小相同的小球(被碰小球)发生碰撞，之后两小球都做平抛运动。 第二部分 针对训练 1.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＝________。 2.北京冬奥会掀起了大家玩桌上冰壶的热潮。某学习小组用三只相同的冰壶来验证动量守恒定律。将两只壶竖直叠放粘连，记为A，另一只壶记为B。在桌面左端固定一弹射装置，PQ为中轴线，OO′与轴线垂直作为参考线。实验步骤如下： ①如图甲，将A从P沿PQ弹射，A停止后，测出其右端到OO′的距离s1； ②如图乙，将B静置于轴线上，并使其左端与OO′相切； ③如图丙，将A压缩弹簧至同一位置，射出后在OO′处与B正碰，A、B停止后，测出A右端和B左端到OO′的距离s2、s3。 请回答以下问题： (1)两次从同一位置弹射A，目的是确保A到达OO′线时具有相同的________。 (2)碰撞前瞬间A的速度大小与________成正比。 A．s1 B．s2 C. D. (3)多次实验，若测量数据均满足关系式____________________(用题中给定符号表达)，则说明冰壶碰撞过程中动量守恒。 3.如图所示，游乐场上，两位同学各驾驶一辆碰碰车迎面相撞，此后，两车以共同的速度运动。设甲同学和他的车的总质量为120 kg，碰撞前水平向右运动，速度的大小为5 m/s；乙同学和他的车的总质量为180 kg，碰撞前水平向左运动，速度的大小为4 m/s。则碰撞后两车共同的运动速度大小为______________，方向________。 4.在用如图所示的装置验证动量守恒的实验中： (1)在验证动量守恒定律的实验中，必须满足的条件是________。 A．轨道是光滑的 B．轨道末端的切线是水平的 C．m1和m2的质量相同 D．m1可以从不同高度由静止滚下 (2)在验证动量守恒定律的实验中，必须测量的量有________。 A．小球的质量m1和m2 B．桌面到地面的高度H C．小球m1的起始高度h D．m1未碰撞时飞出的水平距离 E．小球m1和m2碰撞后飞出的水平距离 (3)实验时，小球的落点分别为图中的点M、N、P，应该比较下列哪两组数值在误差范围内相等，从而验证动量守恒定律________。(r表示两小球半径) A．m1· B．m1· C．m1· D．m1·＋m2· E．m1·＋m2·(－2r) F．m1·＋m2·(－2r) 5.某实验小组用如图甲所示的装置验证动量守恒定律。长木板的一端垫有小木块，可以微调木板的倾斜程度，小车A前端贴有橡皮泥，后端连一穿过打点计时器的纸带，接通打点计时器电源后，让小车A以某速度做匀速直线运动，与置于木板上静止的小车B相碰并粘在一起，继续做匀速直线运动。打点计时器电源频率为50 Hz，得到的纸带如图乙所示，已将各计数点之间的距离标在图乙上。 (1)实验前，该实验小组必须做的一项实验步骤是________，才能使小车在木板上做匀速直线运动； (2)图中的数据有AB、BC、CD、DE四段，计算小车A碰撞前的速度大小应选________段，计算两车碰撞后的速度大小应选________段； (3)若小车A的质量为0.5 kg，小车B的质量为0.25 kg，根据纸带数据，碰前两小车的总动量是____________kg·m/s，碰后两小车的总动量是________kg·m/s。(结果保留3位有效数字) 6.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m1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m2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)在这个实验中，为了尽量减小实验误差，两个小球的质量应满足m1________m2(选填“>”“＝”或“<”)；除了图中器材外，实验室还备有下列器材，完成本实验还必须使用的两种器材是________。 A．秒表，天平 B．天平，刻度尺 C．秒表，刻度尺 D．天平，打点计时器 (2)下列说法中正确的有________。 A．安装轨道时，轨道末端必须水平 B．实验前应该测出斜槽末端距地面的高度 C．实验过程中，复写纸可以移动，白纸不能移动 D．用半径尽量小的圆把10个落点圈起来，这个圆的圆心可视为小球落点的平均位置 (3)在某次实验中，测量出两个小球的质量m1、m2。记录的落点平均位置M、N几乎与OP在同一条直线上，测量出三个落点位置与O点距离OM、OP、ON的长度。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在OP方向上的总动量守恒； (4)实验中小球斜槽之间存在摩擦力，这对实验结果________(选填“有”或“没有”)影响。为什么？______________________________________________________________________。 (5)完成上述实验后，某实验小组对上述装置进行了改造，如图丙所示。在水平槽右方竖直固定一木板，使小球A仍从斜槽上C点由静止滚下，重复上述实验的操作，得到两球落在木板上的平均落点M、P、N。用刻度尺测量木板上与点B等高的点B′到M、P、N三点的高度差分别为L1、L2、L3。则验证两球碰撞过程中动量守恒的表达式为__________________(用所测物理量的字母表示)。 7.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)(4分)滑块a经过光电门时的瞬时速度v＝________(用题干中字母表示)； (2)(4分)小球做平抛运动的初速度v0＝________；(用题干中字母表示)； (3)(4分)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)(4分)写出一条减小实验误差的方法：_____________________________________ ________________________________________________________________________。 学科网（北京）股份有限公司 $