第1章 第4节 分层训练能力提升-【优学精讲】2026-2027学年高中物理选择性必修一同步教参（教科版）

**基本信息** 聚焦动量守恒定律验证，通过基础操作、仪器应用、数据处理三级分层设计，构建从实验原理到综合应用的知识巩固路径，培养科学探究与科学思维能力。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |基础层|实验原理与基本操作|以碰撞试验器为载体，考查质量关系选择、速度间接测量方法，强化物理观念中的运动与相互作用观念| |进阶层|仪器应用与能量结合|结合气垫导轨、压力传感器，融入弹簧弹性势能，训练科学推理中能量与动量的关联分析| |综合层|数据处理与图像分析|通过光电门计时、x-t图像、闪光照片等情境，培养科学探究中的数据处理与证据分析能力|

1．如图甲所示，用“碰撞试验器”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)两小球质量的关系应满足___________。 A．m1＝m2 B．m1＞m2　 C．m1＜m2 (2)实验中，直接测定小球碰撞前、后的速度是不容易的。但是，可以通过仅测量____________________________________________________ (填选项前的序号)，间接地解决这个问题。 A．小球开始释放的高度h B．小球抛出点距地面的高度H C．小球做平抛运动的水平射程 (3)如图乙是多次实验(每次约束两球的位置均相同)得到的其中一个钢球的落点分布图，请你写出确定其平均落点的方法：________________________________ ___________________________________________________________________。 若两球相碰前、后的动量守恒，其表达式可表示为____________________________________________________________________。 解析：(1)根据题意，为了保证入射球碰撞后不反弹，则有m1＞m2。 (2)验证动量守恒定律实验中，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前、后的动量关系时，直接测定小球碰撞前、后的速度是不容易的，根据平抛运动规律，若落地高度不变，则运动时间不变，因此可以用水平射程大小来体现速度大小，故需要测量水平射程。 (3)用圆规作一尽可能小的圆，将大部分落点圈在圆内，圆心即为平均落点。若两球相碰前、后的动量守恒，则有m1v0＝m1v1＋m2v2，由于做平抛运动的下落高度相同，则运动时间相同，则有m1v0t＝m1v1t＋m2v2t，可得m1·OP＝m1·OM＋m2·ON。 答案：(1)B　(2)C　(3)见解析　m1·OP＝m1·OM＋m2·ON 2．某同学利用如图所示装置验证碰撞过程动量守恒，已知弹簧的弹性势能Ep＝kx2，其中k是弹簧的劲度系数，x是弹簧的形变量。 实验步骤如下： a．两压力传感器上分别固定轻质短弹簧，将压力传感器固定在气垫导轨两端； b．将滑块静止地放在气垫导轨上，当气垫导轨充气时，发现滑块向左端滑动，要调节气垫导轨水平，需将气垫导轨的___________(选填“左侧”或“右侧”)调高些； c．气垫导轨调节水平后，将粘有少量橡皮泥的滑块A静置在气垫导轨上，将同样的滑块B放在气垫导轨上并压紧右侧的弹簧，从压力传感器上读出弹力F1； d．由静止释放滑块B，B与A碰撞后连在一起向左运动，并与左侧的弹簧碰撞，从左侧压力传感器上读出弹力最大值F2。 结合实验步骤，回答以下问题： (1)设滑块B与A碰撞之前的速度为v1，则v1与F1的关系为___________。 A．v1∝F1 B．v1∝F C．v1∝ (2)若两滑块碰撞前后动量守恒，则应满足的表达式为___________。 A．F1＝F2 B．F1＝F2 C．F1＝2F2 (3)若滑块A上没有粘上橡皮泥，忽略B与A碰撞过程中的动能损失，则碰后A压缩左端的弹簧，左端压力传感器的读数F2＝___________(用F1表示)。 (4)实验中没有考虑A上橡皮泥的质量，会影响实验的精确度，请给出实验改进建议________________________________________________________________ _________________________________________________________________。 解析：将滑块静止地放在气垫导轨上，当气垫导轨充气时，发现滑块向左端滑动，说明导轨右侧偏高，要调节气垫导轨水平，需将气垫导轨的左侧调高些。 (1)设滑块质量为m，B与A碰撞之前的速度为v1，则有Ep＝kx＝＝，根据能量守恒定律有Ep＝mv，联立可得v1＝·F1∝F1，故选A。 (2)由题意，根据(1)问分析，同理可得出两滑块碰后的速度大小v2＝F2，若两滑块碰撞前后动量守恒，则满足的表达式为mv1＝2mv2，可得F1＝F2，故选B。 (3)若滑块A上没有粘上橡皮泥，忽略B与A碰撞过程中的动能损失，则有mv1＝mv1′＋mv2′，mv＝mv1′2＋mv2′2，求得v1′＝0，v2′＝v1，即两滑块碰后，发生速度交换，则碰后A压缩左端的弹簧，左端压力传感器的读数F2＝F1。 (4)实验中由于A上有橡皮泥，使得两滑块的质量不相等，在没有考虑A上橡皮泥的质量时会影响实验的精确度。为了提高实验的精确度，可以在滑块B上粘上同样质量的橡皮泥，这样就能保证两滑块的质量相等。 答案：左侧　(1)A　(2)B　(3)F1　(4)在滑块B上粘上同样质量的橡皮泥 3．(2026·贵州铜仁市期中)用如图所示的装置可以“验证动量守恒定律”，在滑块A和B相碰的端面上装有弹性碰撞架，它们的上端装有等宽的挡光片。 (1)实验前需要调节气垫导轨水平：在轨道上只放滑块A，轻推一下滑块A，其通过光电门1和光电门2的时间分别为Δt1、Δt2，当Δt1___________(选填“>”“＝”或“<”)Δt2，则说明气垫导轨水平。 (2)实验开始前滑块A置于光电门1的左侧，滑块B静置于两光电门间的某一适当位置。给A一个向右的初速度，通过光电门1的时间为t1，A与B碰撞后A通过光电门1的时间为t2，B通过光电门2的时间为t3。为完成该实验，还必须测量的物理量有___________。 A．挡光片的宽度d B．滑块A 的总质量m1 C．滑块B的总质量m2 D．光电门1到光电门2的间距L (3)若在误差允许的范围内满足表达式______________________，则表明两滑块碰撞过程中动量守恒。 解析：(1)当气垫导轨水平时，滑块A在导轨上做匀速直线运动，此时通过光电门1和光电门2的时间相等，即Δt1＝Δt2。 (2)利用题图所示实验装置验证动量守恒定律，由动量守恒公式可知需要测量两滑块各自的质量和碰撞前后的速度，速度可以通过挡光片的宽度和滑块通过光电门的时间求出，两滑块挡光片宽度相同，则宽度可在数据处理时消去，所以不需要测量挡光片的宽度。 (3)设挡光片的宽度为d，碰前滑块A的速度大小为，碰后滑块A的速度大小为，碰后滑块B的速度大小为，取向右为正方向，根据动量守恒定律有m1·＝－m1·＋m2·，整理可得＝－。 答案：(1)＝　(2)BC　(3)＝－ 4．图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。 (1)要测量滑块的动量，除了前述实验器材外，还需要的实验器材是___________。 (2)为减小重力对实验的影响，开动气泵后，调节气垫导轨的左支点，使轻推后的滑块能在气垫导轨上近似做______________________运动。 (3)测得滑块B的质量为197.8 g，两滑块碰撞前后位置x随时间t的变化图像如图所示，其中①为滑块B碰前的图线。取滑块A碰前的运动方向为正方向，由图中数据可得滑块B碰前的动量为___________kg·m·s－1(保留2位有效数字)，滑块A碰后的图线为______________________(选填“②”“③”或“④”)。 解析：(1)要测量滑块的动量还需要测量滑块的质量，故还需要的器材是天平。 (2)为了减小重力对实验的影响，应该让气垫导轨处于水平位置，故调节气垫导轨后要使滑块能在气垫导轨上近似做匀速直线运动。 (3)取滑块A碰前运动方向为正方向，根据x-t图像可知滑块B碰前的速度vB＝ m/s≈－0.058 m/s，则滑块B碰前的动量pB＝mBvB＝0.197 8 kg×(－0.058) m/s≈－0.011 kg·m/s，由题意可知两滑块相碰要符合碰撞制约关系，则图线④为碰前滑块A的图线，由图像可知碰后图线③的速度大于图线②的速度，根据“后不超前”的原则可知③为碰后滑块A的图线。 答案：(1)天平　(2)匀速直线　(3)－0.011　③ 5．如图所示，已知A、B两滑块的质量关系为mB＝1.5mA，拍摄共进行了四次，第一次是在两滑块相撞之前，以后的三次是在碰撞之后。 A滑块原来处于静止状态，设A、B滑块在拍摄闪光照片的这段时间内是在10 cm至105 cm这段范围内运动的(以滑块上的箭头位置为准)，试根据闪光照片(闪光时间间隔为0.4 s)，分析得出： (1)B滑块碰撞前的速度vB＝___________；A滑块碰撞后的速度vA′＝___________，B滑块碰撞后的速度vB′＝___________。根据闪光照片分析说明碰撞发生位置在刻度尺___________cm刻度处(均保留2位有效数字)。 (2)根据闪光照片分析得出碰撞前两个滑块各自的质量与各自的速度的乘积之和是___________kg·m/s(以mA表示)；碰撞后两个滑块各自的质量与各自的速度的乘积之和是___________kg·m/s(以mA表示)。 解析：(1)A滑块碰撞后的速度vA′＝＝ m/s＝0.75 m/s，B滑块碰撞后的速度vB′＝＝ m/s＝0.50 m/s，从发生碰撞到第二次拍摄照片，A运动的时间t1＝＝ s＝0．2 s，由此可知，从拍摄第一张照片到发生碰撞的时间t2＝(0.4－0.2)s＝0.2 s，B滑块碰撞前的速度vB＝＝ m/s＝1.0 m/s，第一次拍摄时，A是静止的，A、B发生碰撞的位置就是A静止的位置，所以碰撞发生位置在刻度尺30 cm刻度处。 (2)碰撞前的动量p＝mBvB＝1.5mA kg·m/s，碰撞后的动量p′＝mAvA′＋mBvB′＝0.75mA kg·m/s＋0.75mA kg·m/s＝1.5mA kg·m/s。 答案：(1)1.0 m/s　0.75 m/s　0.50 m/s　30 (2)1.5mA　1.5mA 学科网（北京）股份有限公司 $