1.3 科学验证：动量守恒定律（重难点专练）物理鲁科版选择性必修第一册

**基本信息** 聚焦动量守恒定律验证实验，构建"基础操作-创新拓展"双维度训练体系，通过经典与变式实验方案培养科学探究能力与实验设计思维 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |基础实验|2方案+5题|控制变量法（质量/速度测量）、数据平均化处理、平抛运动替代法|从气垫导轨（无摩擦模型）到斜槽小球（平抛简化），构建动量守恒验证的基础实验范式| |实验创新|2方案+5题|机械能守恒间接求速度、频闪照相动态分析、碰撞-平抛组合测量|拓展悬线摆球（能量转化）、光电门计时（数字化测量）等创新方案，深化实验误差分析与方案优化能力|

第3节 科学验证：动量守恒定律（题型突破） 题型01 基础实验——应该怎么做 题型02 实验创新——还能怎么做 ▌题型01 基础实验——应该怎么做 方案1　利用气垫导轨和数字计时器进行实验,实验装置如图所示。 (1)正确安装气垫导轨,使导轨水平。 (2)选取质量不同的两个滑块,在两个滑块相互碰撞的端面装上弹性碰撞架。 (3)用天平分别测量两个滑块连同弹性碰撞架的质量m1、m2并记录。 (4)接通电源,使物体发生一维碰撞(碰撞后两滑块随即分开)。 (5)利用配套的数字计时器分别测算出两滑块碰撞前后对应的速度并记录。 (6)在两个滑块的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥,重复步骤(3)(4)(5)(碰撞后两滑块连在一起运动)。 (7)用天平分别测量两个滑块质量m1、m2并记录,然后在两个滑块间放置轻质弹簧,挤压两个滑块使弹簧压缩,并用一根细线将两个滑块固定。烧断细线,弹簧弹开后落下,两滑块由静止向相反方向运动,利用配套的数字计时器分别测算出两滑块被弹簧弹开后的速度并记录。 (8)整理实验器材。 方案2　利用斜槽上滚下的小球结合平抛运动进行实验,实验装置如图所示。 (1)先用天平分别测出两个小球A、B的质量m1、m2。 (2)按图示正确安装实验装置。将斜槽固定在铁架台上(或桌边),使槽的末端水平,调整实验装置使两小球碰撞时处于同一水平高度,且碰撞瞬间入射小球与被碰小球的球心连线和轨道末端的切线平行,以确保正碰后的速度方向水平。 (3)在地上铺一张白纸,在白纸上铺复写纸。 (4)在白纸上记下铅垂线所指的位置O。 (5)先不放被碰小球,让入射小球A从斜槽上某一高度处滚下,重复10次,用圆规画尽可能小的圆把小球的所有落点圈在里面,圆心看作入射小球不发生碰撞仅做平抛运动的落地点P。 (6)把被碰小球B放在斜槽的末端,让入射小球A从同一高度滚下,使它们发生正碰,重复10次,用步骤(5)的方法标出入射小球落地点的平均位置M和被碰小球落地点的平均位置N。如图所示。 (7)整理实验器材。 1.某同学用图甲所示的装置验证动量守恒定律,实验开始前在水平放置的气垫导轨左端装一个弹射装置,滑块碰到弹射装置后将被锁定,打开控制开关,滑块可被弹射装置向右弹出。滑块甲和滑块乙上装有相同宽度的挡光片,在滑块甲的右端和滑块乙的左端装上了弹性碰撞架(图中未画出)。实验开始前,滑块甲被弹射装置锁定,滑块乙静止于两个光电门之间。 甲 乙 (1)该同学用游标卡尺测量挡光片的宽度d,如图乙所示,则d=2.145cm。 (2)为使碰撞后两个滑块能够先后通过光电门2,选用B组滑块实验效果更好。 A.m甲=50 g,m乙=50 g B.m甲=100 g,m乙=50 g C.m甲=50 g,m乙=100 g (3)实验时,数字计时器记录下滑块甲(质量为m甲)通过光电门1的时间为t1,滑块乙(质量为m乙)通过光电门2的时间为t2,滑块甲通过光电门2的时间为t3,根据实验器材等测量条件确定只要等式m甲=m甲+m乙成立,则可说明碰撞过程中动量守恒;只要等式m甲（）2=m甲（）2+m乙（）2成立,则可说明这次碰撞没有能量损失。(用题目中所给的字母表示) 解析:(1)游标卡尺的主尺读数为21 mm,游标读数为0.05×9 mm=0.45 mm,则最终读数为21.45 mm=2.145 cm。 (2)为使碰撞后两个滑块能够先后通过光电门2,入射滑块不能反弹,所以应用质量较大的滑块去碰质量较小的滑块,故选项B符合要求。 (3)滑块经过光电门的速度分别为v1=,v2=,v3=。设甲的初速度方向为正方向,则由动量守恒定律有m甲v1=m甲v3+m乙v2,代入速度则有m甲=m甲+m乙。 若碰撞没有能量损失,则有m甲（）2=m甲（）2+m乙（）2,即m甲（）2=m甲（）2+m乙（）2成立。 2.某同学设计图甲所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来验证动量守恒定律。图中O点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点,B球10次落点痕迹如图乙所示,其中米尺水平放置,且平行于G、R、O所在的平面,米尺的0刻度线与O点对齐。 甲 乙 (1)碰撞后B球的水平射程是　cm。  (2)本次实验必须进行的测量是　　　　。  A.水平槽上未放B球时,A球落点位置到O点的距离 B.A球与B球碰撞后,A、B两球落点位置到O点的距离 C.A、B两球的质量 D.G点相对于水平槽面的高度 E.A球和B球从抛出到落地的时间 (3)若本实验中测量出未放B球时A球落点位置到O点的距离为xA,碰撞后A、B两球落点位置到O点的距离分别为xA'、xB',A、B两球的质量分别为mA、mB,则通过关系式　　　　　　　　即可验证A、B两球碰撞中遵循动量守恒定律。  解析:(1)由于偶然因素的存在,重复操作时小球的落点不可能完全重合,如题图乙所示,处理的办法是用一个尽可能小的圆将“所有落点位置”包括在内(其中误差较大的位置可略去),此圆的圆心即可看作小球10次落点的平均位置,则碰撞后B球的水平射程等于圆心到O点的距离,由题图乙可得此射程约为64.7 cm。 (2)由于A、B球离开水平槽末端后均做平抛运动,平抛高度相同,运动时间相等,因此可以用平抛运动的水平位移表示小球做平抛运动的初速度,没有必要测量G点相对于水平槽面的高度及A球和B球从抛出到落地的时间,故选项A、B正确,D、E错误;要验证碰撞前后质量与速度的乘积是否相等,必须测量A、B两球的质量,选项C正确。 (3)依题意知,碰撞前A球做平抛运动的水平位移为xA,碰撞后A、B做平抛运动的水平位移分别为xA'、xB',由于碰撞前、后两球做平抛运动的时间相等,因此通过关系式mAxA=mAxA'+mBxB'即可验证A、B两球碰撞中遵循动量守恒定律。 答案:(1)64.7(64.2~65.2均可)　(2)ABC　(3)mAxA=mAxA'+mBxB' 3.某同学在做验证动量守恒定律的实验时,所用装置如图甲所示。 甲 乙 (1)本实验需要的测量工具有　　　　。  A.停表 B.天平 C.刻度尺 D.弹簧测力计 (2)为了完成本实验,下列必要的实验条件是　　　　。  A.斜槽轨道末端的切线必须水平 B.入射球和被碰球的质量必须相等 C.入射球和被碰球大小必须相同 D.入射球每次不必从轨道的同一位置由静止滚下 (3)某次实验中得出的落点情况如图乙所示,入射小球质量m1和被碰小球质量m2之比为　 。  解析:(1)本实验需要天平称量物体的质量,需要刻度尺测量长度,故选BC。 (2)实验需要保证碰撞后两个球做平抛运动,故斜槽轨道末端的切线必须水平,选项A正确。为防止入射球碰后被反弹,入射球质量要大于被碰球质量,即m1>m2,选项B错误。为保证两球正碰,两球大小必须相等,选项C正确。为保证碰撞的初速度相同,入射球每次必须从轨道的同一位置由静止滚下,选项D错误。 (3)根据动量守恒定律可得 m1·xOP=m1·xOM+m2·xON, 代入数据解得m1∶m2=4∶1。 答案:(1) BC　(2) AC　 (3)4∶1 4.某同学设计了一个用打点计时器做验证动量守恒定律的实验:在小车A的前端粘有橡皮泥,推动小车A使之做匀速运动,然后与原来静止的小车B相碰并粘合成一体,继续做匀速运动。他设计的具体装置如图甲所示,在小车后连接着纸带,电磁打点计时器使用的电源频率为50 Hz,长木板垫着小木片以补偿阻力。 甲 (1)若已得到打点纸带如图乙所示,并测得各计数点间距。A为运动起点,则应该选择　　　　段来计算A碰前的速度,应选择　　　　段来计算A和B碰后的共同速度。(以上空格选填“AB”“BC”“CD”或“DE”)  乙 (2)已测得小车A的质量m1=0.40 kg,小车B的质量m2=0.20 kg,由以上测量结果可得碰前m1v0=　　　　kg·m/s;碰后(m1+m2)v共=　　　　kg·m/s。  由此得出结论　 。  解析:(1)分析纸带上的点迹可以看出,BC段既表示小车做匀速运动,又表示小车具有较大的速度,故BC段能准确地描述小车A碰前的运动情况,应当选择BC段计算小车A碰前的速度;而DE段内小车运动稳定,故应选择DE段计算碰后A和B的共同速度。 (2)小车A碰撞前的速度v0==1.050 m/s, 小车A在碰撞前m1v0=0.420 kg·m/s; 碰后A和B的共同速度v共==0.695 m/s, 小车A和B在碰撞后有(m1+m2)v共=0.417 kg·m/s。 结论:在误差允许的范围内,碰撞前后系统的总动量是守恒的。 答案:(1)BC　DE　(2)0.420　0.417　在误差允许的范围内,碰撞前后系统的总动量是守恒的 5.如图所示,用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律,即研究两个小球在轨道水平部分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,但可以通过仅测量C(填选项前的字母)间接地解决这个问题。 A.小球开始释放高度h B.小球抛出点距地面的高度h' C.小球做平抛运动的射程 (2)图中O点是小球抛出点在水平地面上的垂直投影。实验时,先让质量为m1的入射小球多次从斜轨上S位置静止释放,找到其平均落地点的位置P,测量平抛射程xOP。然后把质量为m2的被碰小球静置于轨道的水平部分的末端,再将入射小球从斜轨上S位置静止释放,与被碰小球相碰,并重复多次。 接下来要完成的必要步骤是ADE。(填选项前的字母) A.用天平测量两个小球的质量m1、m2 B.测量入射小球开始释放高度h C.测量抛出点距地面的高度h' D.分别找到两小球相碰后平均落地点的位置M、N E.测量平抛射程xOM、xON (3)经测量,m1=45.0 g,m2=7.5 g,小球落地点的平均位置与O点的距离如图所示。碰撞前后入射小球的动量分别为p1与p1',则p1∶p1'=14∶11;若碰撞后被碰小球的动量为p2',则p1'∶p2'=11∶2.9。实验结果说明,碰撞前后总动量的比值=1.01。 解析:(1)小球碰前和碰后的速度都用平抛运动来测定,即v=,而由h=gt2知,每次运动的竖直位移相等,所以平抛时间相等,由m1=m1+m2,可得m1·xOP=m1·xOM+m2·xON,故只需测射程。 (2)由表达式知,在xOP已知时,需测量m1、m2、xOM和xON,故必要步骤有ADE。 (3)p1=m1·,p1'=m1·,p2'=m2·,联立可得 p1∶p1'=xOP∶xOM=44.80∶35.20=14∶11,p1'∶p2'=(m1·xOM)∶(m2·xON)=11∶2.9, 故=1.01。 ▌题型02 实验创新——还能怎么做 实验方案创新: (1)如图所示,把两个等大的小球用等长的悬线悬挂起来,一个小球静止,将另一个小球拉开一定角度释放,两小球相碰,实验装置简单易操作,提高实验的操作性。实验中碰撞前后小球对应的速度可以利用机械能守恒定律等求出。 (2)利用频闪照相记录滑块碰撞前后的运动,从而确定滑块碰撞前后的速度。 1.用来验证动量守恒定律的实验装置如图所示,弹性球1用细线悬挂于O点,O点下方桌子的边缘有一竖直立柱。实验时,调节悬点,使弹性球1静止时恰与立柱上的球2右端接触且两球等高。将球1拉到A点,并使之静止,同时把球2放在立柱上。释放球1,当它摆到悬点正下方时与球2发生正碰,碰后球1向左最远可摆到B点,球2落到水平地面上的C点。测出有关数据即可验证两球碰撞时动量守恒。现已测出A点与水平桌面的距离为a、B点与水平桌面的距离为b、C点与桌子边沿间的水平距离为c。 (1)还需要测量的量有弹性球1、2的质量m1、m2、立柱高h和桌面离水平地面的高度h'。 (2)根据测量的数据,该实验中动量守恒的表达式为2m1=2m1+。(忽略小球的大小) 解析:(1)要验证动量守恒,必须知道两球碰撞前后的动量,根据弹性球1碰撞前后到桌面的距离a和b,由机械能守恒可以求出碰撞前后的速度,故只要再测量弹性球1的质量m1,就能求出碰撞前后弹性球1的动量;根据平抛运动的规律,只要测出立柱高h和桌面离水平地面的高度h'就可以求出弹性球2碰撞后的速度,故只要测量弹性球2的质量m2和立柱高h、桌面离水平地面的高度h'就能求出弹性球2的动量。 (2)动量守恒的表达式为2m1=2m1+。 2.物理小组利用频闪照相和气垫导轨做验证动量守恒定律的实验。步骤如下: ①用天平测出滑块A、B的质量分别为300 g和200 g; ②安装好气垫导轨,调节气垫导轨使导轨水平; ③向气垫导轨通入压缩空气; ④把A、B两滑块放到导轨上,并给它们一个初速度,同时开始闪光照相,闪光的时间间隔设定为t=0.2 s。照片如图所示,该组同学结合实验过程和图分析知:该图是闪光4次摄得的照片,在这4次闪光的瞬间,A、B两滑块均在0~80 cm刻度范围内;第一次闪光时,滑块B恰好通过x=55 cm处,滑块A恰好通过x=70 cm处;碰撞后有一个物体 处于静止状态。 (1)以上情况说明碰后A(选填“A”或“B”)滑块静止,滑块碰撞发生在x= 60 cm处。   (2)滑块碰撞发生在第一次闪光后0.1 s。   (3)选向右为正方向,碰撞前两滑块的总动量是-0.2kg·m/s,碰撞后两滑块的总动量是-0.2kg·m/s,以上实验结果说明碰撞前后系统的动量守恒。 解析:(1)由题图可知,A只有两个位置有照片,则说明碰撞后A保持静止,故碰撞发生在第一、二两次闪光时刻之间,碰撞后A静止,故碰撞发生在x=60 cm处。 (2)碰撞后B向左做匀速运动,设其速度为vB',所以vB'·t=0.2 m,碰撞到第二次闪光时B向左运动10 cm,时间为t',有vB'·t'=0.1 m,第一次闪光到发生碰撞时间为Δt,有Δt+t'=t,解得Δt=0.1 s。 (3)选向右为正方向,碰撞前B的速度大小vB= m/s=0.5 m/s,A的速度大小vA= m/s= 1 m/s, 则碰撞前两滑块的总动量p1=mBvB-mAvA=-0.2 kg·m/s, 碰撞后,A静止,B的速度大小vB'=1 m/s,则碰撞后两滑块的总动量p2=-mBvB'=-0.2 kg·m/s。 以上实验结果说明在碰撞过程中系统的总动量不变。 3.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)。将硬币甲放置在斜面上某一位置，标记此位置为B。由静止释放甲，当甲停在水平面上某处时，测量甲从O点到停止处的滑行距离OP。将硬币乙放置在O处，左侧与O点重合，将甲放置于B点由静止释放。当两枚硬币发生碰撞后，分别测量甲、乙从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)在本实验中，甲选用的是　　　　(填“一元”或“一角”)硬币。  (2)碰撞前，甲到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)若甲、乙碰撞过程中动量守恒，则＝　　　　　　(用m1和m2表示)，然后通过测得的具体数据验证硬币对心碰撞过程中动量是否守恒。  (4)由于存在某种系统或偶然误差，计算得到碰撞前后甲动量变化量大小与乙动量变化量大小的比值不是1，写出一条产生这种误差可能的原因: 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  答案　(1)一元　(2)　(3)　(4)见解析 解析　(1)要使两硬币碰后都向右运动，硬币甲的质量应大于硬币乙的质量，由于一元硬币的质量大于一角硬币的质量，所以甲选用的是一元硬币。 (2)设碰撞前甲到O点时速度的大小为v0，甲从O点到停止处P点的过程中只有摩擦力做功，由动能定理得－μm1gs0＝0－m1，解得v0＝，即甲碰撞前到O点时速度的大小为。 (3)甲、乙碰撞过程中满足动量守恒定律，设甲碰撞后速度的大小为v1，甲从O点到停止处M点的过程中只有摩擦力做功，由动能定理得－μm1gs1＝0－m1，解得v1＝，设乙碰撞后速度的大小为v2，乙从O点到停止处N点的过程中只有摩擦力做功，由动能定理得－μm2gs2＝0－m2，解得v2＝，由动量守恒定律得m1v0＝m1v1＋m2v2，代入数据得m1＝m1＋m2，等式两边约去得m1＝m1＋m2，整理得。 (4)碰撞前后甲动量变化量大小与乙动量变化量大小的比值不是1的原因可能是:①两个硬币厚度不同，两硬币重心连线与水平面不平行;②两硬币碰撞时内力不远远大于外力，动量守恒条件只是近似满足，即如果摩擦力非常大，动量守恒条件只是近似满足。 4.某实验小组利用如图(a)所示的装置进行实验来验证动量守恒定律。实验时，调节气垫导轨水平，用两小球将一轻弹簧压缩(小球和轻弹簧不连接)放在桌面的气垫导轨上，并在两小球之间用一轻绳拴接，某时刻烧断轻绳，轻弹簧将两小球弹开，轻弹簧的原长比气垫导轨的长度短。 请回答下列问题: (1)为了完成实验，需要测量的物理量有　　　　。  A.小球甲、乙的质量m1、m2 B.气垫导轨的上表面到水平面的高度h C.小球甲、乙的落地点到气垫导轨左、右边缘的水平距离x1、x2 D.轻弹簧的压缩量Δx E.重力加速度g (2)保持弹簧的压缩量不变，重复操作，小球乙多次的落地点如图(b)所示，则该刻度尺的读数为　　　　cm。  (3)为了完成动量守恒定律的验证，关系式成立的是　　　　[用第(1)问中所选的测量量表示]。  (4)为了求解弹簧压缩时储存的弹性势能，除了第(1)问中测量的量外，还需要测量的物理量有　　　　[选填第(1)问中的选项]，轻绳烧断瞬间，弹簧储存的弹性势能为Ep＝　　　　　　　　[用第(1)问中、第(4)问中所选的测量量表示]。  答案　(1)AC　(2)55.50　(3)0＝m1x1－m2x2　(4)BE　 解析　(1)假设小球甲、乙离开气垫导轨的速度大小分别为v1、v2，该速度即为弹簧与小球分离瞬间的速度，则由动量守恒定律得0＝m1v1－m2v2，小球离开桌面后做平抛运动，竖直方向上有h＝gt2，水平方向上有x＝v0t，整理得v0＝x，所以v1＝x1，v2＝x2，代入整理得0＝m1x1－m2x2，由此可知需要测量的物理量有小球甲、乙的质量m1、m2以及小球甲、乙的落地点到气垫导轨左、右边缘的水平距离x1、x2，故选A、C。 (2)确定落点平均位置的方法:用尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面，圆心就是小球落点的平均位置，则小球乙的落地点为55.50 cm。 (3)由(1)问可知，若动量守恒，则需验证的关系式为0＝m1x1－m2x2。 (4)弹簧弹开两小球的过程，系统的机械能守恒，则轻弹簧压缩时储存的弹性势能为 Ep＝m1m2 将v1＝x1、v2＝x2代入得 Ep＝ 因此除了第(1)问中测量的量外，还需要测量h、g，故B、E正确。 5.某同学欲通过实验验证两物体碰撞过程中动量是否守恒。实验室提供器材如下:气垫导轨、一个侧边粘有橡皮泥的滑块总质量为m1、一个带撞针的滑块总质量为m2、天平、两个压力传感器及配件、两个相同的轻质弹簧。实验装置示意图如图所示: 实验步骤: ①按图安装好实验装置，注意将压力传感器固定在气垫导轨上并且轻质弹簧连接在传感器上。 ②打开气泵给气垫导轨充气，将质量为m1的滑块静置在气垫导轨的左侧，将质量为m2的滑块向右水平推，使连接在右侧压力传感器上的弹簧压缩一些，然后将滑块由静止释放，两滑块碰撞后一起向左运动，并挤压连接在左侧压力传感器的弹簧。 ③读取左、右两个压力传感器示数的最大值F1、F2。 (1)实验开始前，为了保证好动量守恒的条件，需要将气垫导轨调整为　　　　。  (2)已知弹簧的劲度系数为k，弹簧具有的弹性势能Ep＝kx2(其中k、x分别为弹簧的劲度系数、形变量)，碰撞前系统的动量p＝　　　　，碰撞后系统的动量p'＝　　　　。  (3)实验要验证动量守恒的表达式为　　　　　。  答案　(1)水平　(2)F2　F1 (3)F2＝F1 解析　(1)为了保证满足动量守恒的条件，即碰撞过程中系统所受合外力为0，需要将气垫导轨调整为水平。 (2)由胡克定律和能量守恒定律可得F1＝kx1，F2＝kx2 km2k(m1＋m2)v2 碰撞前系统的初动量p＝m2v0＝x2＝F2 碰撞后系统的末动量p'＝(m1＋m2)v＝F1。 (3)实验要验证动量守恒，需要验证的表达式为p＝p' 代入(2)中的数据整理可得F2＝F1。 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第3节 科学验证：动量守恒定律（题型突破） 题型01 基础实验——应该怎么做 题型02 实验创新——还能怎么做 ▌题型01 基础实验——应该怎么做 方案1　利用气垫导轨和数字计时器进行实验,实验装置如图所示。 (1)正确安装气垫导轨,使导轨水平。 (2)选取质量不同的两个滑块,在两个滑块相互碰撞的端面装上弹性碰撞架。 (3)用天平分别测量两个滑块连同弹性碰撞架的质量m1、m2并记录。 (4)接通电源,使物体发生一维碰撞(碰撞后两滑块随即分开)。 (5)利用配套的数字计时器分别测算出两滑块碰撞前后对应的速度并记录。 (6)在两个滑块的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥,重复步骤(3)(4)(5)(碰撞后两滑块连在一起运动)。 (7)用天平分别测量两个滑块质量m1、m2并记录,然后在两个滑块间放置轻质弹簧,挤压两个滑块使弹簧压缩,并用一根细线将两个滑块固定。烧断细线,弹簧弹开后落下,两滑块由静止向相反方向运动,利用配套的数字计时器分别测算出两滑块被弹簧弹开后的速度并记录。 (8)整理实验器材。 方案2　利用斜槽上滚下的小球结合平抛运动进行实验,实验装置如图所示。 (1)先用天平分别测出两个小球A、B的质量m1、m2。 (2)按图示正确安装实验装置。将斜槽固定在铁架台上(或桌边),使槽的末端水平,调整实验装置使两小球碰撞时处于同一水平高度,且碰撞瞬间入射小球与被碰小球的球心连线和轨道末端的切线平行,以确保正碰后的速度方向水平。 (3)在地上铺一张白纸,在白纸上铺复写纸。 (4)在白纸上记下铅垂线所指的位置O。 (5)先不放被碰小球,让入射小球A从斜槽上某一高度处滚下,重复10次,用圆规画尽可能小的圆把小球的所有落点圈在里面,圆心看作入射小球不发生碰撞仅做平抛运动的落地点P。 (6)把被碰小球B放在斜槽的末端,让入射小球A从同一高度滚下,使它们发生正碰,重复10次,用步骤(5)的方法标出入射小球落地点的平均位置M和被碰小球落地点的平均位置N。如图所示。 (7)整理实验器材。 1.某同学用图甲所示的装置验证动量守恒定律,实验开始前在水平放置的气垫导轨左端装一个弹射装置,滑块碰到弹射装置后将被锁定,打开控制开关,滑块可被弹射装置向右弹出。滑块甲和滑块乙上装有相同宽度的挡光片,在滑块甲的右端和滑块乙的左端装上了弹性碰撞架(图中未画出)。实验开始前,滑块甲被弹射装置锁定,滑块乙静止于两个光电门之间。 甲 乙 (1)该同学用游标卡尺测量挡光片的宽度d,如图乙所示,则d= cm。 (2)为使碰撞后两个滑块能够先后通过光电门2,选用 组滑块实验效果更好。 A.m甲=50 g,m乙=50 g B.m甲=100 g,m乙=50 g C.m甲=50 g,m乙=100 g (3)实验时,数字计时器记录下滑块甲(质量为m甲)通过光电门1的时间为t1,滑块乙(质量为m乙)通过光电门2的时间为t2,滑块甲通过光电门2的时间为t3,根据实验器材等测量条件确定只要等式 成立,则可说明碰撞过程中动量守恒;只要等式 成立,则可说明这次碰撞没有能量损失。(用题目中所给的字母表示) 2.某同学设计图甲所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来验证动量守恒定律。图中O点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点,B球10次落点痕迹如图乙所示,其中米尺水平放置,且平行于G、R、O所在的平面,米尺的0刻度线与O点对齐。 甲 乙 (1)碰撞后B球的水平射程是　cm。  (2)本次实验必须进行的测量是　　　　。  A.水平槽上未放B球时,A球落点位置到O点的距离 B.A球与B球碰撞后,A、B两球落点位置到O点的距离 C.A、B两球的质量 D.G点相对于水平槽面的高度 E.A球和B球从抛出到落地的时间 (3)若本实验中测量出未放B球时A球落点位置到O点的距离为xA,碰撞后A、B两球落点位置到O点的距离分别为xA'、xB',A、B两球的质量分别为mA、mB,则通过关系式　　　　　　　　即可验证A、B两球碰撞中遵循动量守恒定律。  3.某同学在做验证动量守恒定律的实验时,所用装置如图甲所示。 甲 乙 (1)本实验需要的测量工具有　　　　。  A.停表 B.天平 C.刻度尺 D.弹簧测力计 (2)为了完成本实验,下列必要的实验条件是　　　　。  A.斜槽轨道末端的切线必须水平 B.入射球和被碰球的质量必须相等 C.入射球和被碰球大小必须相同 D.入射球每次不必从轨道的同一位置由静止滚下 (3)某次实验中得出的落点情况如图乙所示,入射小球质量m1和被碰小球质量m2之比为　 。  4.某同学设计了一个用打点计时器做验证动量守恒定律的实验:在小车A的前端粘有橡皮泥,推动小车A使之做匀速运动,然后与原来静止的小车B相碰并粘合成一体,继续做匀速运动。他设计的具体装置如图甲所示,在小车后连接着纸带,电磁打点计时器使用的电源频率为50 Hz,长木板垫着小木片以补偿阻力。 甲 (1)若已得到打点纸带如图乙所示,并测得各计数点间距。A为运动起点,则应该选择　　　　段来计算A碰前的速度,应选择　　　　段来计算A和B碰后的共同速度。(以上空格选填“AB”“BC”“CD”或“DE”)  乙 (2) 已测得小车A的质量m1=0.40 kg,小车B的质量m2=0.20 kg,由以上测量结果可得碰前m1v0=　　　　kg·m/s;碰后(m1+m2)v共=　　　　kg·m/s。  由此得出结论 　 。  5.如图所示,用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律,即研究两个小球在轨道水平部分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,但可以通过仅测量 (填选项前的字母)间接地解决这个问题。 A.小球开始释放高度h B.小球抛出点距地面的高度h' C.小球做平抛运动的射程 (2)图中O点是小球抛出点在水平地面上的垂直投影。实验时,先让质量为m1的入射小球多次从斜轨上S位置静止释放,找到其平均落地点的位置P,测量平抛射程xOP。然后把质量为m2的被碰小球静置于轨道的水平部分的末端,再将入射小球从斜轨上S位置静止释放,与被碰小球相碰,并重复多次。 接下来要完成的必要步骤是 。(填选项前的字母) A.用天平测量两个小球的质量m1、m2 B.测量入射小球开始释放高度h C.测量抛出点距地面的高度h' D.分别找到两小球相碰后平均落地点的位置M、N E.测量平抛射程xOM、xON (3)经测量,m1=45.0 g,m2=7.5 g,小球落地点的平均位置与O点的距离如图所示。碰撞前后入射小球的动量分别为p1与p1',则p1∶p1'= ∶11;若碰撞后被碰小球的动量为p2',则p1'∶p2'=11∶ 。实验结果说明,碰撞前后总动量的比值= 。 ▌题型02 实验创新——还能怎么做 实验方案创新: (1)如图所示,把两个等大的小球用等长的悬线悬挂起来,一个小球静止,将另一个小球拉开一定角度释放,两小球相碰,实验装置简单易操作,提高实验的操作性。实验中碰撞前后小球对应的速度可以利用机械能守恒定律等求出。 (2)利用频闪照相记录滑块碰撞前后的运动,从而确定滑块碰撞前后的速度。 1.用来验证动量守恒定律的实验装置如图所示,弹性球1用细线悬挂于O点,O点下方桌子的边缘有一竖直立柱。实验时,调节悬点,使弹性球1静止时恰与立柱上的球2右端接触且两球等高。将球1拉到A点,并使之静止,同时把球2放在立柱上。释放球1,当它摆到悬点正下方时与球2发生正碰,碰后球1向左最远可摆到B点,球2落到水平地面上的C点。测出有关数据即可验证两球碰撞时动量守恒。现已测出A点与水平桌面的距离为a、B点与水平桌面的距离为b、C点与桌子边沿间的水平距离为c。 (1)还需要测量的量有 、 和 。 (2)根据测量的数据,该实验中动量守恒的表达式为 。(忽略小球的大小) 2.物理小组利用频闪照相和气垫导轨做验证动量守恒定律的实验。步骤如下: ①用天平测出滑块A、B的质量分别为300 g和200 g; ②安装好气垫导轨,调节气垫导轨使导轨水平; ③向气垫导轨通入压缩空气; ④把A、B两滑块放到导轨上,并给它们一个初速度,同时开始闪光照相,闪光的时间间隔设定为t=0.2 s。照片如图所示,该组同学结合实验过程和图分析知:该图是闪光4次摄得的照片,在这4次闪光的瞬间,A、B两滑块均在0~80 cm刻度范围内;第一次闪光时,滑块B恰好通过x=55 cm处,滑块A恰好通过x=70 cm处;碰撞后有一个物体 处于静止状态。 (1)以上情况说明碰后 (选填“A”或“B”)滑块静止,滑块碰撞发生在x= cm处。   (2)滑块碰撞发生在第一次闪光后 s。   (3)选向右为正方向,碰撞前两滑块的总动量是 kg·m/s,碰撞后两滑块的总动量是 kg·m/s,以上实验结果说明 。 3.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)。将硬币甲放置在斜面上某一位置，标记此位置为B。由静止释放甲，当甲停在水平面上某处时，测量甲从O点到停止处的滑行距离OP。将硬币乙放置在O处，左侧与O点重合，将甲放置于B点由静止释放。当两枚硬币发生碰撞后，分别测量甲、乙从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)在本实验中，甲选用的是　　　　(填“一元”或“一角”)硬币。  (2)碰撞前，甲到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)若甲、乙碰撞过程中动量守恒，则＝　　　　　　(用m1和m2表示)，然后通过测得的具体数据验证硬币对心碰撞过程中动量是否守恒。  (4)由于存在某种系统或偶然误差，计算得到碰撞前后甲动量变化量大小与乙动量变化量大小的比值不是1，写出一条产生这种误差可能的原因: 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  4.某实验小组利用如图(a)所示的装置进行实验来验证动量守恒定律。实验时，调节气垫导轨水平，用两小球将一轻弹簧压缩(小球和轻弹簧不连接)放在桌面的气垫导轨上，并在两小球之间用一轻绳拴接，某时刻烧断轻绳，轻弹簧将两小球弹开，轻弹簧的原长比气垫导轨的长度短。 请回答下列问题: (1)为了完成实验，需要测量的物理量有　　　　。  A.小球甲、乙的质量m1、m2 B.气垫导轨的上表面到水平面的高度h C.小球甲、乙的落地点到气垫导轨左、右边缘的水平距离x1、x2 D.轻弹簧的压缩量Δx E.重力加速度g (2)保持弹簧的压缩量不变，重复操作，小球乙多次的落地点如图(b)所示，则该刻度尺的读数为　　　　cm。  (3)为了完成动量守恒定律的验证，关系式成立的是　　　　[用第(1)问中所选的测量量表示]。  (4)为了求解弹簧压缩时储存的弹性势能，除了第(1)问中测量的量外，还需要测量的物理量有　　　　[选填第(1)问中的选项]，轻绳烧断瞬间，弹簧储存的弹性势能为Ep＝　　　　　　　　[用第(1)问中、第(4)问中所选的测量量表示]。  5.某同学欲通过实验验证两物体碰撞过程中动量是否守恒。实验室提供器材如下:气垫导轨、一个侧边粘有橡皮泥的滑块总质量为m1、一个带撞针的滑块总质量为m2、天平、两个压力传感器及配件、两个相同的轻质弹簧。实验装置示意图如图所示: 实验步骤: ①按图安装好实验装置，注意将压力传感器固定在气垫导轨上并且轻质弹簧连接在传感器上。 ②打开气泵给气垫导轨充气，将质量为m1的滑块静置在气垫导轨的左侧，将质量为m2的滑块向右水平推，使连接在右侧压力传感器上的弹簧压缩一些，然后将滑块由静止释放，两滑块碰撞后一起向左运动，并挤压连接在左侧压力传感器的弹簧。 ③读取左、右两个压力传感器示数的最大值F1、F2。 (1)实验开始前，为了保证好动量守恒的条件，需要将气垫导轨调整为　　　　。  (2)已知弹簧的劲度系数为k，弹簧具有的弹性势能Ep＝kx2(其中k、x分别为弹簧的劲度系数、形变量)，碰撞前系统的动量p＝　　　　，碰撞后系统的动量p'＝　　　　。  (3)实验要验证动量守恒的表达式为　　　　　。  2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $