1.4 实验：验证动量守恒定律 同步练-2026-2027学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

**基本信息** 本同步练通过“基础训练+能力提升”分层设计，以斜槽小球碰撞、气垫导轨滑块碰撞为核心实验，构建从原理理解到综合应用再到创新拓展的知识巩固路径，培养科学探究与科学思维。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |基础训练|斜槽小球碰撞、气垫导轨滑块碰撞的实验原理、器材及基础数据处理|针对训练题直接对应知识点，如斜槽实验中落点位置判断与质量比计算，强化实验转化法思想| |能力提升|实验操作（调平、测量）、误差分析及创新情境（弹簧弹开、水中悬浮）|综合题型结合光电门、打点计时器等工具，如气垫导轨实验结合遮光片宽度计算速度，创新题如水中悬浮小球验证动量守恒，提升科学论证能力|

高中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 同步练（解析版） 【基础训练：对点层练】 知识点一 研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 1.实验器材：铁架台，斜槽轨道，两个大小相等、质量不同的小球，铅垂线，复写纸，白纸，天平，刻度尺，圆规，三角板等。 2.实验的基本思想——转化法 不易测量量转化为易测量量的实验设计思想。 3.实验原理：如图甲所示。让一个质量较大的小球从斜槽上某一位置由静止滚下，与放在斜槽末端的另一个大小相同、质量较小的小球发生正碰，之后两小球都做平抛运动。 (1)质量的测量：用天平测量质量。 (2)速度的测量：由于两小球下落的高度相同，所以它们的飞行时间相等。如果用小球的飞行时间作时间单位，那么小球飞出的水平距离在数值上就等于它的水平速度。因此，只需测出两小球的质量m1、m2和不放被碰小球时入射小球落地时飞行的水平距离sOP，以及碰撞后入射小球与被碰小球落地时飞行的水平距离sOM和sON。 4.数据分析：若在实验误差允许的范围内，m1sOP＝m1sOM＋m2sON，即可验证动量守恒定律。 针对训练 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＝________。 答案　(1)小球做平抛运动的时间相同　(3)2　6∶1 知识点二 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。 针对训练 为验证动量守恒定律，课外兴趣小组设计了如图所示的实验装置，气垫导轨已经调成水平，两个滑块A、B分别静置在气垫导轨上，在滑块A的右侧以及滑块B的左侧都安装了弹簧片，在滑块A、B的上方安装了宽度相同的遮光片。C、D为固定在气垫导轨上的光电门传感器，与它们相连的计算机可以记录遮光片经过光电门的遮光时间。某同学进行的实验步骤如下： ①测量滑块A、B的质量(含弹簧片及遮光片)，分别记为mA、mB； ②测量滑块A、B上遮光片的宽度，记为d； ③给滑块A一个向右的瞬时冲量，观察滑块A的运动情况及A、B两滑块在相碰后各自的运动情况； ④读取滑块A第一次经过光电门C的时间为t1、滑块B经过光电门D的时间为t2，滑块A第二次经过光电门C的时间为t3。 回答下列问题： (1)为保证本实验成功，滑块A的质量应________(填“大于”“等于”或“小于”)滑块B的质量； (2)碰撞后滑块A的速度大小为________；(用题中涉及的物理量符号表示) (3)若关系式__________________________________成立，则碰撞过程中，滑块A、B组成的系统动量守恒。(用题中涉及的物理量符号表示) 答案　(1)小于　(2)　(3)＝－ 解析　(1)要使滑块A与滑块B碰撞后反弹，则应该满足mA<mB； (2)碰撞后滑块A第二次通过光电门C，故其速度大小为v3＝； (3)以水平向右为正方向，滑块A、B碰撞过程动量守恒的表达式为mAv1＝mBv2－mAv3 可得＝－。 【能力提升：同步检测】 考试时间： 75分钟 试卷分值：100分 姓名： 班级： 考号： 成绩： 一、研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 1.（8分）小刘同学利用气垫导轨验证动量守恒定律，实验装置如图所示。 (1)将滑块b放置在气垫导轨上，打开气泵，待气流稳定后，调节气垫导轨，直至观察到滑块b能在短时间内保持静止，说明气垫导轨已调至________； (2)用天平测得滑块a、b质量分别为ma、mb； (3)在滑块上安装配套的粘扣，并按图示方式放置两滑块。使滑块a获得向右的速度，滑块a通过光电门1后与静止的滑块b碰撞粘在一起，并一起通过光电门2，遮光条通过光电门1、2的时间分别为t1、t2，则上述物理量间如果满足关系式________________，则证明碰撞过程中两滑块的总动量守恒。 (4)本实验________(“需要”或“不需要”)测量遮光条的宽度。 答案　(1)水平　(3)＝　(4)不需要 解析　(1)将滑块b放置在气垫导轨上，打开气泵，待气流稳定后，调节气垫导轨，直至观察到滑块b能在短时间内保持静止，说明气垫导轨已调至水平。 (3)根据动量守恒定律可以知道mav1＝(ma＋mb)v2 根据速度公式可以知道v1＝，v2＝ 代入上式可得应满足的公式为＝。 (4)由以上分析的结果＝可知本实验不需要测量遮光条的宽度。 2.（12分）小现利用图甲所示装置验证“动量守恒定律”。在图甲中，气垫导轨上有A、B两个滑块，滑块A右侧带有一弹簧片，左侧与穿过打点计时器(图中未画出)的纸带相连；滑块B左侧也带有一弹簧片，上面固定一遮光片，数字计时器(未完全画出)可以记录遮光片通过光电门的时间，实验测得滑块A的质量m1＝280 g，滑块B的质量m2＝120 g，遮光片的宽度d＝1.00 cm；打点计时器所用交流电源的频率f＝50 Hz。将光电门固定在滑块B的右侧，启动打点计时器，给滑块A一向右的初速度，使它与B相碰，碰后数字计时器显示的时间为ΔtB＝4.00 ms，碰撞前、后打出的纸带如图乙。 (1)通过分析可知：纸带的________端(填“C”或“D”)与滑块A左侧相连； (2)滑块A在碰撞前速度大小v0＝2.00 m/s，滑块A在碰撞后速度大小v1＝________ m/s，滑块B在碰撞后的速度大小v2＝________ m/s(结果均保留三位有效数字)； (3)设两滑块碰撞前、后的动量分别为p和p′，则p＝m1v0＝0.560 kg·m/s，p′＝____ kg· m/s(保留三位有效数字)。 答案　(1)D　(2)0.880　2.50　(3)0.546 解析　(1)根据滑块A的质量m1＝280 g，滑块B的质量m2＝120 g，滑块A碰后速度小于碰前速度，所以纸带D端与滑块A相连。 (2)在纸带上打出相邻两点的时间间隔为ΔtA＝＝0.02 s， 根据滑块A碰后速度小于碰前速度，结合碰撞时间较短，则有滑块A碰撞后速度大小 v1＝ m/s＝0.880 m/s。 设滑块B碰撞后的速度大小为v2， 由v2＝得v2＝2.50 m/s。 (3)两滑块碰后的动量 p′＝m1v1＋m2v2≈0.546 kg·m/s。 3.（20分）某同学用如图所示的装置来“验证动量守恒定律”，在气垫导轨右端固定一弹簧，滑块b的右端有粘性强的物质。图中滑块a和挡光片的总质量为m1＝0.310 kg，滑块b的质量为m2＝0.108 kg。 实验步骤如下： ①开动气泵，调节气垫导轨，轻推滑块，当滑块上的遮光片经过两个光电门的遮光时间________时，可认为气垫导轨水平； ②将滑块b置于两光电门之间，将滑块a置于光电门1的右侧，然后推动滑块a水平压缩弹簧，撤去外力后，滑块a在弹簧弹力的作用下向左弹射出去，通过光电门1后继续向左滑动并与滑块b发生碰撞； ③两滑块碰撞后粘合在一起向左运动，并通过光电门2； ④实验后，分别记录下滑块a的挡光片通过光电门1的时间t1，两滑块一起运动时挡光片通过光电门2的时间t2。 (1)完成实验步骤①中所缺少的内容。 (2)设挡光片通过光电门的时间为Δt，挡光片的宽度为d，则滑块通过光电门的速度可表示为v＝________(用d、Δt表示)。 (3)实验前测得挡光片的宽度d＝1.00 cm，实验中测得滑块a经过光电门1的速度为v1＝2.00 m/s，两滑块经过光电门2的时间t2＝6.85 ms，将两滑块和挡光片看成一个系统，则系统在两滑块相互作用前、后的总动量分别为p1＝________ kg·m/s，p2＝________ kg·m/s(结果均保留3位小数)。实验允许的相对误差绝对值×100%最大为5%，本实验的相对误差为________________(结果保留2位有效数字)。 答案　(1)相等　(2)　(3)0.620　0.610　1.6% 解析　(1)在步骤①中气垫导轨安装时应保持水平状态，滑块在轨道上应做匀速直线运动，故滑块上的挡光片通过两光电门的时间相等。 (2)由于挡光片的宽度比较小，故挡光片通过光电门的时间比较短，因此可将挡光片通过光电门的平均速度看成滑块通过光电门的瞬时速度，故滑块通过光电门的速度可表示为v＝。 (3)两滑块相互作用前系统的总动量为 p1＝m1v1＝0.310×2.00 kg·m/s＝0.620 kg·m/s 两滑块通过光电门2时的速度为 v2＝＝ m/s≈1.46 m/s 故两滑块相互作用后系统的总动量为 p2＝(m1＋m2)v2≈0.610 kg·m/s 本实验的相对误差为 ×100%＝×100%＝1.6%。 二、研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 4.（20分）小华利用斜槽滚球“验证动量守恒定律”，装置如图甲所示。 (1)小华分别测量出入射小球A、被碰小球B的质量分别为mA、mB，为了防止碰撞后球A反弹，应保证mA________mB(选填“>”“＝”或“<”)。 (2)下列实验操作步骤，正确顺序是________。 ①在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸，记下铅垂线所指的位置O ②安装好斜槽 ③用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置M、P、N离O点的距离，即线段OM、OP、ON的长度为x1、x2、x3 ④不放球B，让球A从G点由静止滚下，并落在地面上，重复多次实验 ⑤将球B放在斜槽前端边缘位置，让球A从G点由静止滚下，使A、B碰撞，重复多次实验 (3)图乙中小球落地点的平均位置为________cm。 (4)若两个小球在轨道末端碰撞过程动量守恒，则需验证的关系式为________________(用题中给出的物理量表示)。 (5)实验中造成误差的可能原因有________。 A.斜槽轨道不光滑 B.斜槽轨道末端不水平 C.斜槽轨道末端到地面的高度未测量 D.测得的OM、OP、ON的长度值不准确 答案　(1)>　(2)②①④⑤③　(3)8.60　(4)mAx2＝mAx1＋mBx3　(5)BD 解析　(1)为了防止碰撞后A球反弹，应保证A球的质量mA大于B球质量mB。 (2)根据“验证动量守恒定律”实验的操作步骤，应安装好斜槽，使槽的末端切线水平，然后在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸，记下铅垂线所指的位置O；不放球B，让球A从G点由静止滚下，并落在地面上，重复多次实验；然后将球B放在斜槽前端边缘位置，让球A从G点由静止滚下，使A、B碰撞，重复多次实验；用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置M、P、N离O点的距离，即线段OM、OP、ON的长度x1、x2、x3，故顺序为②①④⑤③。 (3)用尽量小的圆将各个落点圈起来，圆心即为平均落地点，则由图乙读出碰撞前A球的水平射程OP为8.60 cm。 (4)由于两球从同一高度开始下落，且下落到同一水平面上，故两球下落的时间相同，根据动量守恒定律可得在水平方向有mAv0＝mAv1＋mBv2，根据平抛运动h＝gt2，小球落地时间相等，则有mAv0t＝mAv1t＋mBv2t，即mAx2＝mAx1＋mBx3。 (5)轨道不光滑对实验无影响，只要到达底端时的速度相同即可，故A错误；轨道末端不水平，则小球不能做平抛运动，则对实验会造成误差，故B正确；两球从同一高度开始做平抛运动，则下落的时间相等，即轨道末端到地面的高度未测量对实验不会造成误差，故C错误；用刻度尺测量线段OM、OP、ON的长度值可造成偶然误差，故D正确。 5.（12分）某物理兴趣小组利用如图所示的装置验证动量守恒定律。并进行如下的实验操作：组装好实验器材，将小球1由图中的挡板处静止释放，记录小球1在竖直挡板上的撞击点；将直径相等的小球2放在导轨的末端(小球1的质量大于小球2的质量)，记录在竖直挡板上的水平投影点O；然后将小球1由挡板处静止释放，记录小球1、小球2在竖直挡板上的撞击点。回答下列问题： (1)小球1与小球2相碰后，两球撞在竖直挡板上得到痕迹，其中小球1碰后撞在木板上的________(填“a”“b”或“c”)点。 (2)为了完成实验的验证，需要测量的物理量有________。 A．小球的直径d B．小球1、小球2的质量m1、m2 C．轨道末端与竖直挡板之间的距离x D．图中a、b、c三点到O点的距离h1、h2、h3 (3)若两球碰撞过程动量守恒，则关系式________成立。(用需要测量的物理量的符号表示) 答案　(1)c　(2)BD　(3)＝＋ 解析　(1)由题图可知，两个小球打在竖直挡板上，由于三次碰撞的水平位移大小相等，则可知水平速度越大，竖直方向下落的高度越小，由碰撞规律可知，碰后被碰小球的速度最大，则碰后小球2下落的高度最小，而碰后入射小球的速度最小，其下落的高度最大，由此可知碰后小球1在竖直挡板上的碰撞点为c点； (2)根据平抛运动规律可知，下落时间t＝ 则可知初速度v＝＝x 碰前小球1的速度大小为v1＝x 碰后小球1、小球2的速度分别为v2＝x，v3＝x 若两球碰撞过程动量守恒，则应有m1v1＝m1v2＋m2v3 整理得＝＋， 因此需要测量小球1、小球2的质量m1、m2及a、b、c三点到O点的距离h1、h2、h3，选项B、D正确。 (3)若两球碰撞过程动量守恒，则关系式＝＋成立。 三、实验拓展与创新 6.（16分）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)滑块a经过光电门时的瞬时速度v＝________(用题干中字母表示)； (2)小球做平抛运动的初速度v0＝________；(用题干中字母表示)； (3)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)写出一条减小实验误差的方法：_____________________________________ ________________________________________________________________________。 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)。 7.（12分） 某同学设计了如图所示的实验验证动量守恒定律。所用的器材有： A.量筒，其高度比较大，筒壁上有均匀刻度线 B.天平 C.小球两个(橡胶材质的上浮小球，硬塑料材质的下沉小球，两球通过细线相连后恰好可悬浮在水中) D.细线，其质量可以忽略不计 E.记号笔 实验步骤如下： ①通过细线连接两球体，使两球悬浮在水中； ②用天平称量两个小球的质量，上浮小球的质量记为m1，下沉小球的质量记为m2； ③用记号笔记录两个小球悬浮的位置； ④剪断细线； ⑤用记号笔记录某时刻两个小球的位置； ⑥多次实验，分别计算出两个小球在相同时间内上浮和下沉的高度，记录在表格中。 该同学按此方案进行实验后，测得的数据如下表所示，请回答下列问题。 小球 质量(g) 上浮和下沉的高度(mm) 第一次 第二次 第三次 第四次 平均值 上浮小球 m1＝4.74 46.20 46.22 46.20 46.18 1 下沉小球 m2＝5.44 40.26 40.24 40.26 40.26 2 (1)上浮小球4次上浮的平均高度1＝46.20 mm，下沉小球4次下沉的平均高度2＝________ mm(小数点后保留2位数字)。 (2)在实验误差允许的范围内，当所测物理量满足表达式________时，说明剪断细线前后，两小球的动量守恒。 A.m11＝m22 B.m1＝m2 C.m1＝m2 (3)下列关于本实验的一些说法，你认为正确的是________。 A.两个小球在水中运动的速度要适中，不能过快 B.上浮小球选用密度更小的小球，实验效果更好 C.剪断细线时对小球的扰动大，但不会引起误差 D.选择大小合适的小球使得两球可以悬浮后，将两球从水中取出再把细线剪断，用镊子夹住两截断线，然后一起放入水中，稳定后松开镊子两球开始运动，这种改进更好 答案　(1)40.26　(2)A　(3)AD 解析　(1)根据表中的数据可得下沉小球4次下沉的平均高度 2＝＝40.26 mm。 (2)以两个小球整体为研究对象，剪断细线后两个小球运动过程中重力不变、总的浮力不变，竖直方向受力平衡，动量守恒，则有 m11＝m22，则m1＝m2 因此若公式m11＝m22成立，则说明剪断细线前后，两小球的动量守恒。故A正确，B、C错误。 (3)两个小球在水中运动的速度要适中，不能过快，速度大时测量位移时的误差偏大，A正确；上浮小球选用密度更小的小球，会使得上浮小球运动过快，实验误差较大，B错误；剪断细线时对小球的扰动大，小球的初速度可能不为零，会引起较大的误差，C错误；以两个小球整体为研究对象，剪断细线后再放入水中，两个小球受力情况不变，动量守恒，松开镊子两球开始运动，这种改进可以减少在水中剪断细线时对小球的扰动，效果更好，D正确。 1 学科网（北京）股份有限公司 $ 高中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 同步练 【基础训练：对点层练】 知识点一 研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 1.实验器材：铁架台，斜槽轨道，两个大小相等、质量不同的小球，铅垂线，复写纸，白纸，天平，刻度尺，圆规，三角板等。 2.实验的基本思想——转化法 不易测量量转化为易测量量的实验设计思想。 3.实验原理：如图甲所示。让一个质量较大的小球从斜槽上某一位置由静止滚下，与放在斜槽末端的另一个大小相同、质量较小的小球发生正碰，之后两小球都做平抛运动。 (1)质量的测量：用天平测量质量。 (2)速度的测量：由于两小球下落的高度相同，所以它们的飞行时间相等。如果用小球的飞行时间作时间单位，那么小球飞出的水平距离在数值上就等于它的水平速度。因此，只需测出两小球的质量m1、m2和不放被碰小球时入射小球落地时飞行的水平距离sOP，以及碰撞后入射小球与被碰小球落地时飞行的水平距离sOM和sON。 4.数据分析：若在实验误差允许的范围内，m1sOP＝m1sOM＋m2sON，即可验证动量守恒定律。 针对训练 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＝________。 知识点二 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。 针对训练 为验证动量守恒定律，课外兴趣小组设计了如图所示的实验装置，气垫导轨已经调成水平，两个滑块A、B分别静置在气垫导轨上，在滑块A的右侧以及滑块B的左侧都安装了弹簧片，在滑块A、B的上方安装了宽度相同的遮光片。C、D为固定在气垫导轨上的光电门传感器，与它们相连的计算机可以记录遮光片经过光电门的遮光时间。某同学进行的实验步骤如下： ①测量滑块A、B的质量(含弹簧片及遮光片)，分别记为mA、mB； ②测量滑块A、B上遮光片的宽度，记为d； ③给滑块A一个向右的瞬时冲量，观察滑块A的运动情况及A、B两滑块在相碰后各自的运动情况； ④读取滑块A第一次经过光电门C的时间为t1、滑块B经过光电门D的时间为t2，滑块A第二次经过光电门C的时间为t3。 回答下列问题： (1)为保证本实验成功，滑块A的质量应________(填“大于”“等于”或“小于”)滑块B的质量； (2)碰撞后滑块A的速度大小为________；(用题中涉及的物理量符号表示) (3)若关系式__________________________________成立，则碰撞过程中，滑块A、B组成的系统动量守恒。(用题中涉及的物理量符号表示) 【能力提升：同步检测】 考试时间： 75分钟 试卷分值：100分 姓名： 班级： 考号： 成绩： 一、研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 1.（8分）小刘同学利用气垫导轨验证动量守恒定律，实验装置如图所示。 (1)将滑块b放置在气垫导轨上，打开气泵，待气流稳定后，调节气垫导轨，直至观察到滑块b能在短时间内保持静止，说明气垫导轨已调至________； (2)用天平测得滑块a、b质量分别为ma、mb； (3)在滑块上安装配套的粘扣，并按图示方式放置两滑块。使滑块a获得向右的速度，滑块a通过光电门1后与静止的滑块b碰撞粘在一起，并一起通过光电门2，遮光条通过光电门1、2的时间分别为t1、t2，则上述物理量间如果满足关系式________________，则证明碰撞过程中两滑块的总动量守恒。 (4)本实验________(“需要”或“不需要”)测量遮光条的宽度。 2.（12分）小现利用图甲所示装置验证“动量守恒定律”。在图甲中，气垫导轨上有A、B两个滑块，滑块A右侧带有一弹簧片，左侧与穿过打点计时器(图中未画出)的纸带相连；滑块B左侧也带有一弹簧片，上面固定一遮光片，数字计时器(未完全画出)可以记录遮光片通过光电门的时间，实验测得滑块A的质量m1＝280 g，滑块B的质量m2＝120 g，遮光片的宽度d＝1.00 cm；打点计时器所用交流电源的频率f＝50 Hz。将光电门固定在滑块B的右侧，启动打点计时器，给滑块A一向右的初速度，使它与B相碰，碰后数字计时器显示的时间为ΔtB＝4.00 ms，碰撞前、后打出的纸带如图乙。 (1)通过分析可知：纸带的________端(填“C”或“D”)与滑块A左侧相连； (2)滑块A在碰撞前速度大小v0＝2.00 m/s，滑块A在碰撞后速度大小v1＝________ m/s，滑块B在碰撞后的速度大小v2＝________ m/s(结果均保留三位有效数字)； (3)设两滑块碰撞前、后的动量分别为p和p′，则p＝m1v0＝0.560 kg·m/s，p′＝____ kg· m/s(保留三位有效数字)。 3.（20分）某同学用如图所示的装置来“验证动量守恒定律”，在气垫导轨右端固定一弹簧，滑块b的右端有粘性强的物质。图中滑块a和挡光片的总质量为m1＝0.310 kg，滑块b的质量为m2＝0.108 kg。 实验步骤如下： ①开动气泵，调节气垫导轨，轻推滑块，当滑块上的遮光片经过两个光电门的遮光时间________时，可认为气垫导轨水平； ②将滑块b置于两光电门之间，将滑块a置于光电门1的右侧，然后推动滑块a水平压缩弹簧，撤去外力后，滑块a在弹簧弹力的作用下向左弹射出去，通过光电门1后继续向左滑动并与滑块b发生碰撞； ③两滑块碰撞后粘合在一起向左运动，并通过光电门2； ④实验后，分别记录下滑块a的挡光片通过光电门1的时间t1，两滑块一起运动时挡光片通过光电门2的时间t2。 (1)完成实验步骤①中所缺少的内容。 (2)设挡光片通过光电门的时间为Δt，挡光片的宽度为d，则滑块通过光电门的速度可表示为v＝________(用d、Δt表示)。 (3)实验前测得挡光片的宽度d＝1.00 cm，实验中测得滑块a经过光电门1的速度为v1＝2.00 m/s，两滑块经过光电门2的时间t2＝6.85 ms，将两滑块和挡光片看成一个系统，则系统在两滑块相互作用前、后的总动量分别为p1＝________ kg·m/s，p2＝________ kg·m/s(结果均保留3位小数)。实验允许的相对误差绝对值×100%最大为5%，本实验的相对误差为________________(结果保留2位有效数字)。 二、研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 4.（20分）小华利用斜槽滚球“验证动量守恒定律”，装置如图甲所示。 (1)小华分别测量出入射小球A、被碰小球B的质量分别为mA、mB，为了防止碰撞后球A反弹，应保证mA________mB(选填“>”“＝”或“<”)。 (2)下列实验操作步骤，正确顺序是________。 ①在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸，记下铅垂线所指的位置O ②安装好斜槽 ③用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置M、P、N离O点的距离，即线段OM、OP、ON的长度为x1、x2、x3 ④不放球B，让球A从G点由静止滚下，并落在地面上，重复多次实验 ⑤将球B放在斜槽前端边缘位置，让球A从G点由静止滚下，使A、B碰撞，重复多次实验 (3)图乙中小球落地点的平均位置为________cm。 (4)若两个小球在轨道末端碰撞过程动量守恒，则需验证的关系式为________________(用题中给出的物理量表示)。 (5)实验中造成误差的可能原因有________。 A.斜槽轨道不光滑 B.斜槽轨道末端不水平 C.斜槽轨道末端到地面的高度未测量 D.测得的OM、OP、ON的长度值不准确 5.（12分）某物理兴趣小组利用如图所示的装置验证动量守恒定律。并进行如下的实验操作：组装好实验器材，将小球1由图中的挡板处静止释放，记录小球1在竖直挡板上的撞击点；将直径相等的小球2放在导轨的末端(小球1的质量大于小球2的质量)，记录在竖直挡板上的水平投影点O；然后将小球1由挡板处静止释放，记录小球1、小球2在竖直挡板上的撞击点。回答下列问题： (1)小球1与小球2相碰后，两球撞在竖直挡板上得到痕迹，其中小球1碰后撞在木板上的________(填“a”“b”或“c”)点。 (2)为了完成实验的验证，需要测量的物理量有________。 A．小球的直径d B．小球1、小球2的质量m1、m2 C．轨道末端与竖直挡板之间的距离x D．图中a、b、c三点到O点的距离h1、h2、h3 (3)若两球碰撞过程动量守恒，则关系式________成立。(用需要测量的物理量的符号表示) 三、实验拓展与创新 6.（16分）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)滑块a经过光电门时的瞬时速度v＝________(用题干中字母表示)； (2)小球做平抛运动的初速度v0＝________；(用题干中字母表示)； (3)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)写出一条减小实验误差的方法：_______________________________________________。 7.（12分） 某同学设计了如图所示的实验验证动量守恒定律。所用的器材有： A.量筒，其高度比较大，筒壁上有均匀刻度线 B.天平 C.小球两个(橡胶材质的上浮小球，硬塑料材质的下沉小球，两球通过细线相连后恰好可悬浮在水中) D.细线，其质量可以忽略不计 E.记号笔 实验步骤如下： ①通过细线连接两球体，使两球悬浮在水中； ②用天平称量两个小球的质量，上浮小球的质量记为m1，下沉小球的质量记为m2； ③用记号笔记录两个小球悬浮的位置； ④剪断细线； ⑤用记号笔记录某时刻两个小球的位置； ⑥多次实验，分别计算出两个小球在相同时间内上浮和下沉的高度，记录在表格中。 该同学按此方案进行实验后，测得的数据如下表所示，请回答下列问题。 小球 质量(g) 上浮和下沉的高度(mm) 第一次 第二次 第三次 第四次 平均值 上浮小球 m1＝4.74 46.20 46.22 46.20 46.18 1 下沉小球 m2＝5.44 40.26 40.24 40.26 40.26 2 (1)上浮小球4次上浮的平均高度1＝46.20 mm，下沉小球4次下沉的平均高度2＝________ mm(小数点后保留2位数字)。 (2)在实验误差允许的范围内，当所测物理量满足表达式________时，说明剪断细线前后，两小球的动量守恒。 A.m11＝m22 B.m1＝m2 C.m1＝m2 (3)下列关于本实验的一些说法，你认为正确的是________。 A.两个小球在水中运动的速度要适中，不能过快 B.上浮小球选用密度更小的小球，实验效果更好 C.剪断细线时对小球的扰动大，但不会引起误差 D.选择大小合适的小球使得两球可以悬浮后，将两球从水中取出再把细线剪断，用镊子夹住两截断线，然后一起放入水中，稳定后松开镊子两球开始运动，这种改进更好 1 学科网（北京）股份有限公司 $