第6讲　实验8：验证动量守恒定律 专项训练 -2027届高考物理一轮复习

**基本信息** 聚焦动量守恒实验的多场景验证，构建“原理-装置-数据处理”三维方法体系，通过科学探究与推理培养实验能力。 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |斜槽碰撞验证|3题（含北京卷、深圳期末题）|平抛位移替代速度、平均落点确定法|动量守恒定律→平抛运动规律→实验误差控制| |综合装置应用|2题（含山东卷气垫导轨、湛江期末单摆模型）|纸带/光电门测速、机械能守恒辅助推导|动量守恒与运动学、能量观点的综合应用|

第6讲　实验8:验证动量守恒定律 (分值:50分) 1.(10分)(2024北京卷)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。 甲 (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,记为M、N和P(P为m1单独滑落时的平均落点)。 乙 a.图乙为实验的落点记录,简要说明如何确定平均落点  　; b.分别测出O点到平均落点的距离,记为sOP、sOM和sON。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m0,弦长AB=l1、A'B=l2、CD=l3。 丙 推导说明,m、m0、l1、l2、l3满足　　　　　　关系即可验证碰撞前后动量守恒。  2.(10分)(2025广东广州三模)实验小组为验证动量守恒定律,如图(a)所示,将甲、乙两辆相同的小车放在长木板轨道上,小车质量m0=200 g,在甲车上黏合一定质量的橡皮泥,甲车系一穿过打点计时器的纸带,启动打点计时器,让甲车获得初速度后沿着木板运动并与静止的乙车正碰并黏在一起。纸带记录下碰撞前、后甲车运动情况如图(b)所示,碰撞发生在两虚线间,电源频率为50 Hz,则碰撞前甲车的运动速度大小为　　　 m/s,橡皮泥的质量为　　　　 kg,该实验　　　　(选填“需要”或“不需要”)平衡摩擦力(计算结果保留一位小数)。  (a) (b) 3.(10分)(2025广东深圳期末)在“验证动量守恒定律”中,三个实验小组分别设计了如图(a)、(b)、(c)所示的三个实验装置。 (a) (b) (c) (1)为了保证每个小球都从固定在桌边上的斜槽末端水平抛出,安装器材时要注意使斜槽末端的切线沿　　　　方向。  (2)为了保证小球A碰撞小球B之前的速度不变,每次由静止释放小球A时必须从斜槽上　　　　滚下。  (3)两个小球碰撞之后都直接向前做平抛运动,则小球A的质量m1与小球B的质量m2应满足m1　　　　(选填“>”“<”或“=”)m2。  (4)一实验小组采用图(a)所示装置进行实验,则能验证两个小球碰撞过程动量守恒的关系式为　　　　(用m1、m2、x1、x2、x3表示)。  (5)另外两实验小组分别采用图(b)、图(c)所示的装置进行实验,要验证两个小球碰撞过程动量守恒,以下有两个关系式, 关系式①:m1=m1+m2; 关系式②: 则采用图(b)实验装置应该验证的是关系式　　　　(选填“①”或“②”)。  4.(10分)(2024山东卷)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,某同学使用如图甲所示的装置进行了碰撞实验,气垫导轨两端分别安装a、b两个位移传感器,a测量滑块A与它的距离xA,b测量滑块B与它的距离xB。部分实验步骤如下: ①测量两个滑块的质量,分别为200.0 g和400.0 g; ②接通气源,调整气垫导轨水平; ③拨动两滑块,使A、B均向右运动; ④导出传感器记录的数据,绘制xA、xB随时间变化的图像,分别如图乙、图丙所示。 甲 乙 丙 回答以下问题: (1)从图像可知两滑块在t=　　　　 s时发生碰撞;  (2)滑块B碰撞前的速度大小v=　　　　 m/s(保留2位有效数字);  (3)通过分析,得出质量为200.0 g的滑块是　　(选填“A”或“B”)。  5.(10分)(2026广东湛江期末)某同学用气垫导轨、小球和轻质细线做验证动量守恒的实验,如图甲所示,用轻质细线一端连接小球m2,另一端竖直固定在上端,小球静止时在气垫导轨正上方与滑块在同一水平线上(没有摩擦),步骤如下: 甲 乙 (1)用天平测出滑块(含挡光片)的质量m1和小球的质量m2。 (2)用刻度尺测量悬点到小球球心的长度L,用游标卡尺测出挡光片的宽度如图乙所示,则挡光片的宽度d=　　　　 cm。  (3)调节装置水平,启动气垫导轨,给滑块一向右的瞬时速度,使滑块向右运动通过光电门,测出挡光时间t1;滑块与小球发生碰撞后反弹,再次通过计时器,测出挡光时间t2。则m1和m2的关系应满足　　　　。  (4)测出悬线偏离竖直方向的最大偏角θ,则需要验证的表达式为　　　　(用上述符号表示)。  答案： 1.答案 (1)AC (2)用圆规画圆,尽可能用最小的圆把各个落点圈住,这个圆的圆心位置代表平均落点　m1·sOP=m1·sOM+m2·sON (3)ml1=-ml2+m0l3 解析 本题考查验证动量守恒定律。(1)实验中若使小球碰撞前、后的水平位移与其碰撞前、后的速度成正比,需要确保小球做平抛运动,即实验前,调节装置,使斜槽末端水平,故A正确;为使两小球发生的碰撞为对心正碰,两小球的半径需相同,故B错误;为使碰后入射小球与被碰小球同时向右飞出,需要用质量大的小球碰撞质量小的小球,故C正确。 (2)用圆规画圆,尽可能用最小的圆把各个落点圈住,这个圆的圆心位置代表平均落点。碰撞前、后小球均做平抛运动,由h=gt2可知,小球的运动时间相同,水平位移与平抛初速度成正比,所以若m1·sOP=m1·sOM+m2·sON,即可验证碰撞前后动量守恒。 (3)设轻绳长为l0,小球从偏角θ处静止摆下,摆到最低点时的速度为v,小球经过圆弧对应的弦长为l,则由动能定理有mgl0(1-cos θ)=mv2,由数学知识可知sin ,联立两式解得v=l,若两小球碰撞过程中动量守恒,则有mv1=-mv2+m0v3,又有v1=l1,v2=l2,v3=l3,整理可得ml1=-ml2+m0l3。 2.答案 0.6　0.1　需要 解析 碰撞前甲车的运动速度大小为v0= m/s=0.6 m/s;碰撞后两车的运动速度大小为v= m/s=0.375 m/s,由动量守恒定律(m0+m)v0=(2m0+m)v;解得m≈0.1 kg;为了消除摩擦力对实验的影响,则该实验需要平衡摩擦力。 3.答案 (1)水平　(2)同一位置静止　(3)>　(4)m1x2=m1x1+m2x3　(5)② 解析 (1)为了保证每个小球都从固定在桌边上的斜槽末端水平抛出,安装器材时要注意使斜槽末端的切线沿水平方向。 (2)为了保证小球A碰撞小球B之前的速度不变,每次由静止释放小球A时必须从斜槽上同一位置静止滚下。 (3)为了避免入射小球发生反弹,使两个小球碰撞之后都直接向前做平抛运动,则小球A的质量m1与小球B的质量m2应满足m1>m2。 (4)小球做平抛运动,则有h=gt2、x2=v0t、x1=v1t、x3=v2t, 根据动量守恒定律有m1v0=m1v1+m2v2, 解得m1x2=m1x1+m2x3。 (5)设题图(b)中木板与小球飞出点之间的间距为L,则有L=v1t1、L=v2t2、L=v3t3,竖直方向有x1=、x2=、x3=,根据动量守恒定律有m1v2=m1v3+m2v1,解得,可知,采用图(b)实验装置应该验证的是关系式②。 4.答案 (1)1　(2)0.20　(3)B 解析 (1)从图上可以看出1 s时速度改变,即这时碰撞。 (2)碰撞前B的速度vB=v==0.20 m/s。 (3)碰前A的速度vA= cm/s=0.50 m/s 碰后A的速度vA'= cm/s=0.36 m/s 碰后B的速度vB'= cm/s=0.50 m/s 根据动量守恒,则有mAvA+mBvB=mAvA'+mBvB',代入数据解得=2,说明B的质量是200 g。 5.答案 (2)1.260　(3)m1<m2　(4)m1·=m2-m1· 解析 (2)主尺读数为12 mm,游标尺读数为12×0.05 mm=0.60 mm,则读数为12.60 mm=1.260 cm。 (3)质量小的物体碰质量大的物体,才会反弹,故m1<m2。 (4)系统碰前动量为p0=m1v0,碰后动量为p1=m2v2-m1v1,若碰前动量与碰后动量相同,则有m1v0=m2v2-m1v1,滑块经过光电门的速度为v0=,v1=,小球运动过程中,根据机械能守恒定律有m2=m2gL(1-cos θ),联立可得m1·=m2-m1·。 6 学科网（北京）股份有限公司 $