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

1.4 实验：验证动量守恒定律 分层作业 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ A层 1．某同学用气垫导轨探究两滑块碰撞过程中动量是否守恒，实验装置如图甲。 (1)选两个相同的挡光片，用游标卡尺测出其宽度d，如图乙所示，则_____________，然后将挡光片分别安装在滑块A、B上，并用天平测出滑块和挡光片的总质量、； (2)调节气垫导轨底部的调节旋钮，给导轨充气后，把滑块A轻放在导轨上，可通过下列哪个现象判断气垫导轨已调节水平_____________； A．滑块A缓慢向一端移动 B．滑块A无明显的单向移动 C．滑块A始终静止在导轨中央，无任何移动 2．如图，某实验小组应用气垫导轨装置做“验证动量守恒定律”的实验，具体的实验步骤如下： （1）首先查验轨道面平整光滑、透气孔无阻塞，查验两个滑块无扭曲形变、滑块与轨道接触的平面平整光滑无划痕。 （2）通过调节底脚螺丝使轨道水平，判断方法是：接通电源，放一个滑块在轨道一端，轻轻推动滑块后，滑块在轨道上经过A、B两个光电门的挡光时间_________。 （3）测出挡光板的宽度d，滑块a和b带挡光板时的质量分别为和。 （4）在滑块a、b之间夹一个压缩弹簧，用细绳连接a、b并固定紧绳子，然后一起放在气垫导轨中间。静止时烧断细绳，滑块a、b向两边水平弹开，测出滑块a、b挡光板的挡光时间和（滑块经过光电门前，已经与弹簧分开），则滑块a通过光电门时的速度为_____________（用题中物理量的符号表示）。 （5）若在误差允许的范围内，关系式_____________（用题中物理量的符号表示）成立，则表明系统总动量守恒。 3．某同学通过如图所示的实验装置来“验证动量守恒定律”。 (1)下列说法符合实验要求的有___________。 A．轨道一定要光滑 B．轨道末端一定要保持水平 C．入射小球甲的半径大于被碰小球乙的半径 D．入射小球甲的质量大于被碰小球乙的质量 (2)图中O点是小球抛出点在水平地面上的垂直投影点。实验时，先将小球甲多次从斜轨上同一位置由静止释放，确定其落点的平均位置P，测量其水平位移OP；然后将小球乙静止放在轨道的末端，再将小球甲从斜轨上同一位置由静止释放，与小球乙相撞，并多次重复。以上实验步骤中缺少的必要步骤是___________。 A．用天平测量甲、乙两个小球的质量m1、m2 B．测量小球甲开始的释放高度h C．测量抛出点距地面的高度H D．确定甲、乙相碰后落点的平均位置M、N，并测量OM、ON (3)若两球相碰前后的动量守恒，则表达式___________成立。（用题中所给物理量符号表示） 4．如图甲所示，为某小组探究两滑块碰撞前后的动量变化规律所用的实验装置示意图。带刻度尺的气垫导轨右支点固定，左支点高度可调，装置上方固定一具有计时功能的摄像机。该小组在某次实验中测得滑块A的质量为1.00kg，滑块B的质量为1.35kg，两滑块碰撞前后的位移随时间的变化图像如图乙所示，其中①为滑块B碰前的图线。 (1)两滑块碰撞前，滑块A的速度大小为______； (2)选滑块B的运动方向为正方向，两滑块碰前的总动量为______；两滑块碰后的总动量为______（结果均保留三位有效数字），在误差允许范围内，两滑块总动量守恒。 B层 5．实验小组利用如图所示的装置来完成“验证动量守恒定律”实验。固定有相同遮光条的滑块甲、乙放置在气垫导轨上。测得滑块甲、乙（含遮光条）的质量分别为、，遮光条的宽度。 实验步骤如下： A．取下滑块乙，开启气泵，反复调节导轨两侧的旋钮，使气垫导轨水平； B．将滑块乙静止地置于光电门1和光电门2之间，轻推滑块甲使其向右运动，最终与滑块乙发生碰撞； C．光电门1记录了两次时间，分别为和，光电门2记录了一次时间为； D．多次轻推滑块甲，重复进行碰撞实验，并进行数据记录。 回答以下问题： (1)判断气垫导轨水平的标志是________。 (2)写出碰撞后滑块乙的动量表达式________（用题目中的字母表示）。 (3)根据数据记录，计算得到滑块甲、乙的四组动量（见下表）。 实验次数 相对误差 1 0.1322 0.0426 0.1708 3.03% 2 0.1169 0.0389 0.1584 2.22% 3 0.1251 0.0416 0.1682 1.20% 4 0.0841 0.0277 0.1095 ①如果碰撞前、后动量守恒，守恒的表达式为：________（用表格中的物理量表示）； ②对于测量结果，高中物理实验允许的相对误差（）一般不超过5%，以此计算表格中第4组数据相对误差________。由表格中的数据，你可以得出的实验结论是_________。 6．如图甲所示为“研究斜槽末端小球碰撞时动量守恒”的实验装置，斜槽末端固定一斜面，斜面上铺上复写纸和白纸并固定。实验时，先让质量为的小球a从斜槽上某一位置由静止释放，从斜槽末端水平抛出，落到P点。然后把质量为的小球b放到斜槽末端O点，再让小球a从同一位置由静止释放，在斜槽末端与小球b发生对心碰撞。小球每次均落在斜面上，分别记录落点痕迹。 (1)小球释放后落在复写纸上会在白纸上留下印迹，如图乙所示。多次实验后，白纸上留下了10个印迹，如果用画圆法确定小球的落点，图中画的三个圆最合理的是______（填“A”“B”或“C”）； (2)某次实验时，小球落点分布如图丙所示，测得M、P、N与O点距离分别为、、。若满足关系______（用、、、、表示），则碰撞前后动量守恒； (3)关于该实验，下列说法正确的是______。（多选） A．小球的半径大小对实验结果没有影响 B．安装轨道时，轨道末端必须水平 C．同一组实验的两次碰撞中，每次小球a必须从同一高度由静止释放 C层 7．在碰撞问题中，人们经常采用恢复系数e来描述运动，e的值只与材料有关，其定义式为碰撞后两物体相对速度大小与碰撞前两物体相对速度大小之比，即。某校物理实验小组通过测定恢复系数来确定滑块的材料，设计实验如下：气垫导轨上放有质量不等、材料相同的两滑块和。用频闪照相机进行3次闪光拍照，第1次是在两滑块碰撞之前，其余2次是在碰撞之后，最终照片如图所示。已知在这3次闪光的时间内A、B均在40.0~120.0cm范围内运动（以滑块上的箭头位置为准），且第1次闪光时，A恰好经过处，B恰好经过处，碰撞后A静止。已知频闪照相机的闪光时间间隔为0.6s，A、B两滑块的碰撞时间及闪光持续的时间极短，均可忽略不计，摩擦忽略不计。由以上信息可以得出： (1)从第一次闪光到A、B碰撞的时间为________s。 (2)选取水平向左为正方向，则两滑块碰撞前：A的动量为________，B的动量为________；两滑块碰撞后：A、B的总动量为________。 (3)比较A、B碰撞前后的总动量，可以得出的实验结论是________。 (4)通过查找资料各材料的恢复系数e如下表。根据本实验测得的恢复系数，我们可以推测该实验滑块的材料是________。 材料 钢 橡胶 塑料 恢复系数e 0.80~0.90 0.70~0.95 0.30~0.60 8．某同学用如图甲所示装置探究碰撞过程中的规律，其中AB是斜槽，BC是水平槽。斜槽和水平槽平滑连接。已知入射小球1的质量为，被碰小球2的质量为。 （1）关于实验要点，下列说法正确的是( ) A．两球半径可以不同 B．斜槽必须光滑 C．斜槽末端必须水平 （2）实验中的重要步骤如下： ①利用重垂线，记录小球抛出点在地面上的垂直投影点O。 ②不放被碰小球2，让入射小球从斜槽上紧靠挡板由静止滚下，并落在垫有复写纸的白纸上留下点迹，重复本操作多次； ③把被碰小球2放在斜槽前端边缘位置，让入射小球1仍从斜槽上紧靠挡板由静止滚下，使入射球与被碰球2碰撞，落在垫有复写纸的白纸上并留下各自的点迹，重复本操作多次； ④用尽可能小的圆，把小球的所有落点圈在里面，其圆心就是小球落点的平均位置，从左至右依次标为M、P、N； ⑤用刻度尺分别测量M、P、N离O点的距离分别为、、。 （3）实验结果：若两球发生的是弹性碰撞，则、、一定满足的关系式是________________。（结果中不能含有、） （4）若某次测量中水平纸面上有三个落点的平均位置，计算得出：、碰前动量为，碰后的动量分别为，，则两球质量关系可能为( ) A．    B．    C． （5）如图甲所示，若实验小组在记录投影点O后，由于失误将白纸水平向右移动了一小段距离，再进行上述②③④步骤，则计算得到的两球碰撞前系统的总动量________（选填“大于”、“等于”或“小于”）计算得到的碰撞后的总动量。 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 《1.4 实验：验证动量守恒定律 分层作业》参考答案 1．(1)5.20 (2)B 【详解】（1）用游标卡尺测出其宽度d=5mm+0.05mm×4=5.20mm （2）当气垫导轨调节水平时，滑块A轻放在导轨上，由于气垫的支撑，滑块A不会有明显的单向移动，由于完全静止难以实现，只要无定向滑动即可说明气垫导轨已调节水平。 故选B。 2． 相等 【详解】（2）[1]通过调节底脚螺丝使轨道水平，判断方法是：接通电源，放一个滑块在轨道一端，轻轻推动滑块后，滑块在轨道上经过A、B两个光电门的挡光时间相等。 （4）[2]滑块经过光电门的时间极短，用滑块经过光电门的平均速度代替瞬时速度，滑块a通过光电门时的速度为。 （5）[3]同理可得滑块经过光电门的速度 要验证动量守恒即为验证 即为 3．(1)BD (2)AD (3) 【详解】（1）AB．验证两小球碰撞前后的动量是否守恒，小球离开斜槽末端时只需要具有水平初速度，所以斜槽末端切线必须保持水平，但轨道不一定光滑，A错误、B正确； C．为保证两球发生对心碰撞，半径一定要相等，C错误； D．为保证碰撞后入射球不被反弹，入射球的质量要大于被碰球的质量，D正确。 故选BD。 （2）动量守恒定律的表达式为 两边同乘平抛运动的时间t后得 即只需要验证 故需要测量的物理量有小球甲、乙的质量m1和m2、O点到M点的距离OM、O点到N点的距离ON。 故选AD。 （3）根据上一问的分析可知，要验证的表达式为 4．(1) (2) 【详解】（1）由图像可知，碰撞前滑块A的速度大小为。 （2）[1]由图像可知，碰撞前滑块B的速度大小为 碰撞前两滑块总动量为 [2]由图像可知，碰撞后滑块A的速度大小为 碰撞后滑块B的速度大小为 碰撞后两滑块总动量为 5．(1)轻推滑块甲，经过两光电门时间相同 (2) (3) 2.73% 在误差允许范围内，碰撞过程动量守恒 【详解】（1）轻推滑块甲，经过两光电门时间相同 （2）碰撞后滑块乙的速度为 故其碰撞后的动量为 （3）[1]取向右为正方向守恒的表达式为 [2] [3] 在误差允许范围内，碰撞过程动量守恒 6．(1)B (2) (3)BC 【详解】（1）实验结束后，舍掉误差较大的点，用尽量小的圆把落点圈在一起，圆心即为小球的平均落地点，则图中画的三个圆最合理的是B。 （2）设斜面倾角为，小球平抛初速度为，落点到O点的距离为。对平抛运动分解： 水平方向 竖直方向 联立整理得 即 碰撞前入射球速度对应，碰撞后入射球速度对应，被碰球速度对应。根据动量守恒 得 （3）A．为使两球发生对心正碰，两球半径一定要相同，A错误； B．轨道末端水平才能保证小球抛出后做平抛运动，满足实验原理，B正确； C．从同一高度静止释放，才能保证碰撞前入射球的速度相同，满足实验要求，C正确。 故选BC。 【点睛】 7．(1)0.2 (2) 1 0.5 (3)AB碰撞前后动量守恒 (4)塑料 【详解】（1）第一次闪光A恰好经过处，B恰好经过处，从图中可以分析出，第二次闪光B也恰好经过处，A静止在；第三次闪光B经过，A静止在；由上面的分析发现，B碰撞前后速度大小相同，第一次闪光到碰撞的时间为0.2s；所以设碰撞前的A、B速度为v1、v2，碰撞后的A、B速度为、，有 故碰后B从100cm运动到80cm用时 故碰前B从90cm运动到100cm用时 即从第一次闪光到A、B碰撞的时间为0.2s, （2）[1][2][3]，方向向右 取向左为正方向 碰撞前： A的动量为， 碰撞前的B动量分别为 碰撞之前的总动量为 碰撞之后的总动量为 （3）碰撞前的总动量等于碰撞后的总动量，故碰撞前后动量守恒； （4）恢复系数 故材质为塑料。 8． C B 大于 【详解】[1]A．若两球半径不相同，发生的碰撞不是对心碰撞，不符合实验要求，故A错误； B．斜槽不需要是光滑的，只要保证小球1每次从斜槽上释放的位置是相同的即可，故B错误； C．斜槽末端水平才能保证小球1与2飞出时做的是平抛运动，故C正确。 故选C。 [2]根据平抛运动的原理，竖直方向上 水平方向上的位移大小为 可解得 碰撞时动量守恒，即有 代入水平初速度的表达式并化简，即为 若是弹性碰撞，碰撞前后的动能也是不变的，即 化简后即为 由于 所以有 [3]碰撞发生时动量守恒，动能不会增加，所以 可解得 为了保证碰撞后两球都飞出轨道，还要保证。 故选B。 [4]假设纸张向右平移了,则实验中测得的长度变为、和 碰前的动量变为 碰后的总动量变为 比较可知碰前的动量会大于碰后的总动量。 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $