1.4 实验：验证动量守恒定律(Word课后习题)-【满分思维】2026-2027学年高中物理选择性必修第一册学生用书（人教版）

4　实验:验证动量守恒定律 1.0.302　0.300　纸带运动的过程中受到阻力 [解析] 释放滑块1后,滑块1做匀速运动,与滑块2发生碰撞后和滑块2一起做匀速运动,根据纸带上数据可知,碰撞前滑块1的动量为p1=m1v1=0.2× kg·m/s=0.302 kg·m/s,滑块2的动量为零,所以碰撞前的总动量为0.302 kg·m/s;碰撞后滑块1、2速度相等,所以碰撞后总动量为p2=(m1+m2)v2=(0.2+0.1)× kg·m/s=0.300 kg·m/s;两结果不完全相等主要是因为纸带与打点计时器限位孔间有摩擦力的作用. 2.(1)A　(2)小于　(3)1∶4 [解析] (1)若小球每次从轨道同一位置释放,小球克服摩擦力做功相同,小球飞出轨道末端速度大小一定,可知轨道光滑与否对实验没有影响,故A错误,符合题意;为了确保小球飞出轨道的初速度方向水平,轨道末端的切线必须水平,故B正确,不符合题意;为了使得碰撞过程发生的是对心碰撞,碰撞的瞬间入射小球和被碰小球的球心连线与轨道末端的切线平行,故C正确,不符合题意;为了确保小球每次飞出轨道末端初速度大小一定,实验中每次入射小球都要从同一高度由静止滚下,故D正确,不符合题意. (2)入射小球与被碰小球的直径相同,为了避免入射小球发生反弹,则被碰小球的质量m2应小于入射小球的质量m1. (3)P为入射小球单独滚下的落地点,M为入射小球碰撞后的落地点,N为被碰小球碰撞后的落地点,根据h=gt2,x=vt,解得v=x,结合上述可知v0=xOP,v1=xOM,v2=xON,根据动量守恒定律有m1v0=m1v1+m2v2,解得m2∶m1=1∶4. 3.(1)16.70　(2)BD　(3)C　(4)C　(5)m1=m1+m2 [解析] (1)小球的直径为1.6 cm+0.05 mm×14=16.70 mm. (2)应使小球每次从斜槽上相同的位置自由滚下,选项A错误;斜槽轨道末端必须水平,以保证小球做平抛运动,选项B正确;斜槽轨道不一定必须光滑,只要小球A到达底端时速度相同即可,选项C错误;小球A质量应大于小球B的质量,以防止A球碰撞后反弹,选项D正确. (3)实验结束后,舍掉误差较大的点,用尽量小的圆把落点圈在一起,圆心即为小球的平均落地点,则图中画的三个圆最合理的是C. (4)要验证动量守恒定律,即验证m1v0=m1v1+m2v2,小球离开轨道后做平抛运动,它们抛出点的高度相等,在空中的运动时间t相等,上式两边同时乘以t得m1v0t=m1v1t+m2v2t,即m1=m1+m2,因此实验需要测量两球的质量,并且分别找到两球相碰后平均落地点的位置M、N,测量小球的水平位移,所以上述实验除需测量线段、、的长度外,还需要测量的物理量有小球A和小球B的质量m1、m2,故选C. (5)若两球相碰后的动量守恒,由(4)可知其表达式为m1=m1+m2. 4.(1)①需要　②>　=　③m1x2=m1x1+m2x3 (2)=+ [解析] (1) ①斜槽末端需要水平,以保证小球能做平抛运动. ②为满足对心正碰,且碰后小球A不反弹,则m1>m2,r1=r2. ③小球从斜槽末端飞出后,做平抛运动,竖直方向上小球下落的高度相等,则小球在空中运动的时间相等,设为t,碰撞前小球A的速度为v0=,碰撞后小球A、B的速度分别为v1=、v2=,取水平向右为正方向,两球碰撞前后的总动量守恒,则有m1v0=m1v1+m2v2,整理得m1x2=m1x1+m2x3. (2)设碰撞前O与小球B的距离为x,小球做平抛运动,碰撞前对小球A有x=v0't,y2=gt2,解得v0'=x,同理碰后小球A、B的速度为v1'=x,v2'=x,取水平向右为正方向,两球碰撞前后总动量守恒,则有m1v0'=m1v1'+m2v2',整理得=+. 5.(1)=　(2)不需要　=　需要　 [解析] (1)操作b中,若气垫导轨水平,则滑块做匀速运动,则有Δt1=Δt2. (2)设遮光片的宽度为d,则滑块甲经过光电门A的速度大小为v1=,滑块乙经过光电门B的速度大小为v2=,由于初动量为0,根据动量守恒定律可得m1v1=m2v2,联立可得=,本次实验若仅探究两滑块弹开过程中动量是否守恒,则不需要测量遮光片的宽度d,若关系式=成立,则动量守恒;根据能量守恒定律可得Ep=m1+m2,联立可得Ep=(+),若本次实验再探究弹簧储存的弹性势能,则需要测量遮光片的宽度d,锁定解除瞬间,弹簧储存的弹性势能为Ep=. 学科网（北京）股份有限公司 $ 4 实验:验证动量守恒定律 (时间:40分钟　总分:42分) 1.(6分)某同学利用打点计时器和气垫导轨做“验证动量守恒定律”实验,气垫导轨装置如图甲所示,实验所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成.下面是实验的主要步骤: A.安装好气垫导轨,调节气垫导轨的调节旋钮,使导轨水平; B.向气垫导轨空腔内通入压缩空气; C.把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧,将纸带穿过打点计时器与弹射架,固定在滑块1的左端,调节打点计时器的高度,直至滑块拖着纸带移动时,纸带始终在水平方向; D.使滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳,把滑块2放在气垫导轨的中间; E.先接通打点计时器的电源,待打点计时器工作稳定后释放滑块1,让滑块1带动纸带一起运动,运动一段时间后与滑块2碰撞并粘在一起继续运动,打点计时器打出的纸带如图乙所示. 已知滑块1的质量为200 g,滑块2(包括橡皮泥)的质量为100 g,打点计时器每隔0.02 s打一个点.通过计算可知,两滑块相互作用前系统的总动量为　　　　 kg·m/s;两滑块相互作用以后系统的总动量为　　　　 kg·m/s.两结果不完全相等的主要原因是　　　　　　　　　　　　　　.(计算结果均保留三位有效数字)  2.(6分)[2025·辽宁阜新高二期末] 图甲是“碰撞中的动量守恒”实验装置的示意图. (1)(2分)在验证动量守恒定律的实验中,不必须要求的条件是　　　　.(填选项前的字母)  A.轨道光滑 B.轨道末端的切线水平 C.碰撞的瞬间入射小球和被碰小球的球心连线与轨道末端的切线平行 D.每次入射小球都要从同一高度由静止滚下 (2)(2分)入射小球与被碰小球的直径相同,则被碰小球的质量m2应　　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)入射小球的质量m1.  (3)(2分)在做此实验时,若某次实验得到小球的落点情况如图乙所示.假设碰撞中动量守恒.则m2∶m1=　　　　.  3.(10分)[2026·江苏盐城中学等五校高二期中] 某同学用如图甲所示实验装置来做“验证动量守恒定律”的实验,实验原理如图乙所示. 图乙中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影.实验时,先让入射球A多次从斜轨上由静止释放,找到其平均落地点的位置P.然后,把被碰小球B静置于水平轨道的末端,再将入射小球A从斜轨上由静止释放,与小球B相碰,并且多次重复.实验得到小球的落点的平均位置分别为M、N. (1)(2分)为了确保两小球一样大,该同学实验开始前用游标卡尺测量了两小球的直径都如图丙所示,则小球的直径为　　　　 mm.  (2)(2分)对于上述实验操作,下列说法正确的是　　　　.(填选项前的字母)  A.小球不需要每次从斜槽上相同的位置自由滚下 B.斜槽轨道末端必须水平 C.斜槽轨道必须光滑 D.小球A的质量应大于小球B的质量 (3)(2分)小球释放后落在复写纸上会在白纸上留下印迹,如图丁所示.多次实验后,白纸上留下了7个 印迹,如果用画圆法确定小球的落点P,图中画的三个圆最合理的是　　　　(填字母代号);  (4)(2分)上述实验除需测量线段、、的长度外,还需要测量的物理量有　　　　.  A.A球在斜轨上静止释放处与B点间的高度差h1 B.B点离地面的高度h2 C.小球A和小球B的质量m1、m2 D.小球A和小球B离开轨道的速度v1、v2 (5)(2分)当所测物理量满足表达式　　　　(用第(4)小问中测量的物理量的字母表示)时,即说明两球碰撞遵守动量守恒定律.  4.(10分)[2026·四川成都七中高二月考] 某实验小组设计了两组方案,通过小球在斜槽末端的碰撞来验证动量守恒定律,请回答下列问题: (1)(8分)图甲为方案一的实验装置图,接球木板水平放置.实验时,让入射球A多次从斜槽上某点由静止释放,平均落点为P1.再把被碰小球B静止放在斜槽末端,再将入射小球A从斜槽上同一位置由静止释放,与小球B相撞,并多次重复,记录两个小球碰后的平均落点M1、N1. ①(2分)安装实验装置时,斜槽末端　　　　　(选填“需要”或“不需要”)水平;  ②(3分)小球A、B的质量分别为m1、m2,半径分别为r1、r2,则为了顺利完成实验,它们应满足的关系是m1　　　　m2、r1　　　　r2;(均选填“>”“<”或“=”)  ③(3分)O点为小球抛出时球心在木板上的投影点,测得OM1、OP1、ON1的长度分别为x1、x2、x3,若表达式　　　　　　　　　　(用x1、x2、x3、m1、m2表示)成立,则动量守恒定律得到验证.  (2)(2分)图乙为方案二的实验装置图,仅移动木板的位置,将其竖直放置在斜槽末端的右侧,O点为小球抛出时球心在木板上的投影点.仍重复方案一的操作,木板上得到三个平均落点M2、P2、N2,测出OM2、OP2、ON2长度分别为y1、y2、y3,若表达式　　　　　　　　　　(用y1、y2、y3、m1、m2表示)成立,则动量守恒定律也能得到验证.  5.(10分)[2025·山西大学附属中学高二月考] 某同学在探究碰撞过程中的动量守恒时,设计了如图所示的实验,并进行了如下的操作: a.将两个完全相同的遮光片分别固定在滑块甲和滑块乙上,用天平测量两滑块甲、乙和遮光片的总质量m1、m2,将两个光电门A、B分别固定在气垫导轨上; b.调节气垫导轨水平,将滑块甲放在光电门A的左侧,轻推滑块甲使其依次通过光电门A、B,遮光片的挡光时间分别为Δt1、Δt2; c.将轻弹簧放置在两滑块之间,使弹簧压缩且处于锁定状态,并将两滑块放在两光电门之间,某时刻将锁定解除,两滑块被弹簧弹开,两滑块甲、乙分别通过光电门时已经与弹簧分离,记录甲、乙经过光电门A、B的挡光时间t1、t2. 回答下列问题: (1)(2分)操作b中,若气垫导轨水平,则Δt1　　　　(选填“>”“=”或“<”)Δt2;  (2)(8分)本次实验若仅探究两滑块弹开过程中动量是否守恒,则　　　　(选填“需要”或“不需要”)测量遮光片的宽度d,若关系式　　　　　成立,则动量守恒;若本次实验再探究弹簧储存的弹性势能,则　　　　(选填“需要”或“不需要”)测量遮光片的宽度d,锁定解除瞬间,弹簧储存的弹性势能为Ep=　　　　(用以上测量的字母表示).  学科网（北京）股份有限公司 $