第6章 实验8 验证动量守恒定律 演练知能提升(教用Word)-【精微方案】2027年高考一轮总复习讲义·物理

**基本信息** 聚焦动量守恒定律实验验证，通过斜槽、气垫导轨等多装置系统呈现速度间接测量方法与守恒式推导，强化科学探究与推理能力。 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |斜槽碰撞|1|平抛水平位移替代速度，质量关系控制|动量守恒原理→平抛运动特性→守恒式转化| |气垫导轨|2|遮光条挡光时间算速度，宽度消去法|系统水平动量守恒→瞬时速度测量→图像斜率验证| |综合装置|3|纸带数据/机械能守恒求速度，碰撞条件控制|实验误差分析→多方法速度测量→守恒条件拓展|

1．(2026·陕西榆林市模拟)如图所示，用两个小球在斜槽轨道的水平末端碰撞来验证动量守恒定律。斜槽轨道的水平末端在水平木板上的垂直投影为O，木板上叠放着白纸和复写纸。实验时先将小球a从斜槽轨道上Q处由静止释放，a从轨道右端水平飞出后落在木板上，重复多次，测出落点的平均位置P与O点的距离xP。将与小球a半径相等的小球b置于轨道右侧端点，再将小球a从Q处由静止释放，两球碰撞后均落在木板上，重复多次分别测出a、b两球落点的平均位置M、N与O点的距离xM、xN。 完成下列填空： (1)记a、b两球的质量分别为ma、mb，实验中应满足条件ma________(选填“＞”或“＜”)mb。 (2)如果测得的xP、xM、xN、ma和mb在实验误差允许范围内满足关系式__________________(用题中所给字母表示)，则验证了两小球在碰撞中满足动量守恒定律。 (3)若测算出了斜槽轨道的水平末端至木板间的高度h和重力加速度g，a、b两球碰撞损失的机械能E＝______________________________(用题中所给字母表示)。 解析：(1)为了保证小球碰撞后不反弹，要求ma>mb。 (2)两球离开斜槽后做平抛运动，由于抛出点的高度相等，它们做平抛运动的时间t相等，碰撞前a球的速度大小v0＝，碰撞后a球的速度大小va＝，碰撞后b球的速度大小vb＝，如果碰撞过程系统水平方向动量守恒，则碰撞前后系统水平方向动量相等，即mav0＝mava＋mbvb，整理得maxP＝maxM＋mbxN。 (3)损失的机械能E＝－－，平抛运动竖直方向有h＝，联立解得 E＝(max－max－mbx)。 答案：(1)＞　(2)maxP＝maxM＋mbxN (3)(max－max－mbx) 2．(2026·山西省适应性测试)某实验小组利用气垫导轨验证动量守恒定律，实验装置如图所示。安装好器材后，进行了以下操作，完成下列填空： (1)用天平测得滑块a(含遮光条)、b(含橡皮泥)的质量分别为ma、mb。 (2)打开气泵，待稳定后调节气垫导轨，直至轻推滑块a后，a上遮光条通过光电门1和2的时间________(选填“相等”或“不等”)，说明气垫导轨已调至水平。 (3)将滑块a推至光电门1的左侧，将滑块b放在光电门1和2之间。向右轻推一下a，滑块a通过光电门1后与静止的滑块b碰撞并粘在一起以共同速度通过光电门2。测得滑块a上的遮光条通过光电门1、2的时间分别为t1和t2。 (4)改变滑块a推出时的速度，重复步骤(3)，以t1为横坐标、t2为纵坐标，作出t2随t1变化的图线。若该图线为过原点的直线，直线的斜率k＝________，则证明碰撞过程中两滑块的总动量守恒。 (5)该实验不需要测量遮光条的宽度，原因是_________________________________________________________ _________________________________________________________。 解析：(2)当滑块通过两光电门的时间相等时，则滑块做匀速直线运动，说明气垫导轨已调至水平。 (4)设遮光条宽度为d，碰前速度v1＝，碰后速度v2＝，由动量守恒定律有mav1＝(ma＋mb)v2，可得t2＝t1，则斜率k＝。 (5)上述推理过程中d被化简掉，所以不需要测量遮光条的宽度。 答案：(2)相等　(4)　(5)在验证动量守恒定律的表达式中，遮光条的宽度会被化简掉(只要说法合理均可) 3．(2026·云南楚雄州质量监测)某同学用气垫导轨探究两滑块在碰撞过程中的动量是否守恒。 (1)安装实验装置并调节气垫导轨水平，用螺旋测微器测量遮光条的宽度，其示数如图甲所示，则遮光条的宽度d＝________mm；用天平分别测量滑块1(含遮光条)和滑块2(含遮光条)的质量m1、m2，滑块1、2上的遮光条完全相同。给导轨充气后，将两滑块置于气垫导轨上，如图乙所示，给滑块1一个初速度，使滑块1撞击滑块2。按照图乙所示摆放器材，存在的问题是______________________________________ _________________________________________________________。 解决问题后，轻推滑块1，给它一个向左的初速度，滑块1通过光电门1后与滑块2碰撞，碰后两滑块先后通过光电门2，数字计时器按挡光顺序记录下三个挡光时间t1、t2、t3。 (2)在误差允许的范围内，若满足关系式＝______________(用题中所给的物理量符号表示)，则说明两滑块在碰撞过程中动量守恒。 解析：(1)遮光条的宽度d＝6 mm＋12.5×0.01 mm＝6.125 mm。滑块2和光电门1离得太近，无法测量滑块1碰撞前的速度。 (2)碰撞前滑块1的动量p1＝m1·，碰撞后滑块1和滑块2的总动量p2＝m1·＋m2·，在误差允许的范围内，若满足关系式p1＝p2，即m1·＝m1·＋m2·，可得＝＋，则说明两滑块在碰撞过程中动量守恒。 答案：(1)6.125(6.124～6.126均可)　滑块2和光电门1离得太近，无法测量滑块1碰撞前的速度　(2)＋ 4．(2026·广东湛江市期末)某同学用气垫导轨、小球和轻质细线做验证动量守恒定律的实验。如图甲所示，用轻质细线一端拴小球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： (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，再次通过光电门，测出挡光时间t2。m1和m2的关系应满足________。 (4)测出细线偏离竖直方向的最大偏角θ，数据处理：则需要验证的表达式为__________________________(用题中所给的物理量符号表示)。 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p0＝m1v0 碰后动量p1＝m2v2－m1v1 若碰前动量与碰后动量相同，则有 m1v0＝m2v2－m1v1 滑块两次经过光电门的速度分别为 v0＝、v1＝ 小球运动过程中，根据机械能守恒定律有 m2v＝m2gL(1－cos θ) 联立可得m1＝m2－m1。 答案：(2)1.260　(3)m1<m2 (4)m1＝m2－m1 5．在“验证动量守恒定律”实验中，实验装置如图甲所示。小车P左端装有弹片，右端接有纸带穿过打点计时器。小车Q右端装有弹片，车上装有挡光片，其宽度为d。平衡摩擦力后，接通打点计时器，推动小车P，使之与Q相碰，碰后P继续向前运动。 (1)实验打出的纸带如图乙所示，应用________段来计算P碰前速度，用____________段来计算P碰后速度(均选填“AB”“BC”“CD”或“DE”)。 (2)光电门测得挡光时间为Δt，则小车Q碰后速度为____________。 (3)已知P、Q两小车质量分别为m1和m2，打点计时器每隔时间T打一次点，该实验要验证的表达式是____________(用题中和纸带上的物理量表示)。 解析：(1)两小车碰撞前P做匀速直线运动，在相等时间内小车P位移相等，且碰前速度大于碰后速度，碰前相等时间内的位移大于碰后相等时间内的位移，由纸带可知，应选择纸带上的BC段求出小车P碰撞前的速度，DE段求出小车P碰撞后的速度。 (2)测得挡光时间为Δt，则小车Q碰后速度vQ＝。 (3)小车P碰前的速度v0＝，小车P碰后的速度vP＝，实验中需要验证动量守恒m1v0＝m1vP＋m2vQ，即m1＝m1＋m2。 答案：(1)BC　DE　(2)　(3)m1＝m1＋m2 6．某实验小组采用如图甲所示的装置来验证动量守恒定律。主要实验步骤如下： ①安装仪器，并将木板一侧适当垫高以平衡摩擦力； ②将另一小车B(图甲中未画出)静置于P处，在小车B中放入适当质量的重物； ③接通电源，轻推一下，使小车A沿木板向下运动，A、B碰撞后粘在一起运动，打出一条如图乙所示的纸带(图乙中的x1、x2均已测出)。 (1)关于步骤①中平衡摩擦力的操作，下列最准确的是________(选填正确答案标号)。 A．将小车轻放于木板上，小车静止不动 B．轻推一下小车，目测小车做匀速直线运动 C．将小车连上纸带，接通电源，轻推一下小车，在纸带上打出一系列点，纸带上点迹分布均匀 (2)在图乙中，________(选填“x1”或“x2”)段对应的点是两车碰撞前打出的。 (3)测得小车A的质量为m1，小车B的质量为m2，重物的质量为Δm，那么在误差允许的范围内满足关系式__________________(用m1、m2、Δm、x1、x2表示)，则在碰撞过程中系统动量守恒。 解析：(1)平衡摩擦力是让小车在运动过程中平衡，小车运动时很难通过视觉判断是否为匀速运动，故将小车连上纸带，接通电源，轻推一下小车，在纸带上打出一系列点，纸带上点迹分布均匀，此时小车做匀速运动，摩擦力等于重力沿斜面的分力，故选C。 (2)因为两车碰撞后粘在一起，所以碰撞后两车的共同速度小于碰撞前小车A的速度，则在题图乙中，x1对应的点是两车碰撞前打出的。 (3)设题图乙中两段距离对应的时间为t，则两车碰撞前后的速度分别为v1＝，v2＝，两车碰撞过程中动量守恒，有m1v1＝(m1＋m2＋Δm)v2，则有m1x1＝(m1＋m2＋Δm)x2。 答案：(1)C　(2)x1　(3)m1x1＝(m1＋m2＋Δm)x2 学科网（北京）股份有限公司 $