1.4 实验：验证动量守恒定律 分层作业-2026-2027学年高二上学期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 分层作业 2026-2027学年高二物理人教版选择性必修第一册【基础题】 【A组基础通关】 1．（2025·南通模拟）用如图所示的实验装置验证动量守恒定律，一同学在实验中记录了某次碰撞前后小球落点的位置P和M、N，发现M、N点不在OP连线上，下列图中落点位置可能正确的是 （　　） A． B． C． D． 2．（2025高二上·新吴期中）在“验证动量守恒定律”的实验中，入射球每次滚下都应从斜槽上的同一位置无初速释放，这是为了使(　　) A．小球每次都能水平飞出槽口 B．小球每次都以相同的速度飞出槽口 C．小球在空中飞行的时间不变 D．小球每次都能对心碰撞 3．某同学利用如图所示的装置做“验证动量守恒定律的实验”，已知两球的质量分别为、（且），关于实验，下列说法正确的是（　　） A．斜槽轨道必须光滑 B．如果是的落点，则该同学实验过程中有错误 C．实验需要验证的是 D．实验需要秒表、天平、圆规等器材 （多选）4．若用打点计时器做探究碰撞中的不变量实验，下列操作中正确的是（　　） A．相互作用的两车上，一个装撞针，一个装橡皮泥，是为了碰撞后黏在一起 B．相互作用的两车上，一个装撞针，一个装橡皮泥，是为了改变两车的质量 C．先接通打点计时器的电源，再释放拖动纸带的小车 D．先释放拖动纸带的小车，再接通打点计时器的电源 5．（2025·湛江模拟）图示为做“碰撞中的动量守恒”的实验装置 (1)入射小球每次都应从斜槽上的同一位置无初速度释放，这是为了　 　 A．入射小球每次都能水平飞出槽口 B．入射小球每次都以相同的速度飞出槽口 C．入射小球在空中飞行的时间不变 D．入射小球每次都能发生对心碰撞 (2)入射小球的质量应　 　（选填“大于”、“等于”或“小于”）被碰小球的质量； (3)设入射小球的质量为，被碰小球的质量为，为碰前入射小球落点的平均位置，则关系式　 　（用、及图中字母表示）成立，即表示碰撞中动量守恒。 【B组拓展提升】 6．某实验小组利用如图甲所示装置验证斜槽末端小球碰撞时动量守恒。 （1）利用托盘天平测出甲、乙两小球的质量分别为、，测得，则应选　 　填“甲”或“乙”球作为入射小球。 （2）甲、乙两小球的半径应相等，其目的是　 　 （3）安装好实验仪器后，将铅垂线在白纸上的投影点记为点。不放被撞小球，每次让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下，重复次，确定次实验小球落点的平均位置。把被撞小球放在斜槽末端，每次让入射小球从斜槽同一高度自由滚下，使它们发生碰撞，重复实验次。确定次实验入射小球和被撞小球，小球落点的平均位置、。确定小球落点的平均位置时需要用的实验器材是　 　 7．某同学验证两个小球在斜槽末端碰撞时的动量守恒，实验装置如图所示。A、B为两个直径相同的小球。实验时，不放B，让A从固定的斜槽上E点自由滚下，在水平面上得到一个落点位置；将B放置在斜槽末端，让A再次从斜槽上E点自由滚下，与B发生正碰，在水平面上又得到两个落点位置。三个落点位置标记为M、N、P。 （1）为了确认两个小球的直径相同，该同学用10分度的游标卡尺对它们的直径进行了测量，某次测量的结果如下图所示，其读数为　 　mm。 （2）下列关于实验的要求哪个是正确的__________。 A．斜槽的末端必须是水平的 B．斜槽的轨道必须是光滑的 C．必须测出斜槽末端的高度 D．A，B的质量必须相同 （3）如果该同学实验操作正确且碰撞可视为弹性碰撞，A、B碰后在水平面上的落点位置分别为　 　、　 　。（填落点位置的标记字母） 8．利用气垫导轨、光电门的测量装置来研究两个滑块碰撞过程中系统动量的变化情况，实验仪器如图所示。实验过程： ⑴调节气垫导轨水平，并使光电计时器系统正常工作； ⑵在滑块1上装上挡光片并测出其长度L； ⑶在滑块2的碰撞端面粘上橡皮泥（或双面胶纸）； ⑷用天平测出滑块1和滑块2的质量m1、m2． ⑸把滑块1和滑块2放在气垫导轨上，让滑块2处于静止状态，使滑块1以初速度v1与之碰撞（这时光电计时器系统自动计算时间），撞后两者粘在一起，分别记下滑块1的挡光片碰前通过光电门的遮光时间t1和碰后通过光电门的遮光时间t2。 ⑹先根据计算滑块1碰撞前的速度v1及碰后两者的共同速度v2；再计算两滑块碰撞前后的动量，并比较两滑块碰撞前后的动量的矢量和（保留3位小数）。 实验数据： m1=0.324kg、m2=0.181kg、v1=0.290m/s、v2=0.184m/s，则碰前系统的动量为　 　，碰后系统的动量为　 　，根据数据得到的结论　 　。（保留3位小数） 9．某同学用如图所示的装置“验证动量守恒定律”。实验前，用水平仪先将光滑操作台的台面调为水平。其实验步骤为： A.用天平测出滑块A、B的质量、； B.用细线将滑块A、B连接，使A、B间的弹簧处于压缩状态； C.剪断细线，滑块A、B离开弹簧后。均沿光滑操作台的台面运动，最后都滑落台面，记录A、B滑块的落地点M、N； D.用刻度尺测出M、N距操作台边缘的水平距离、； E.用刻度尺测出操作台面距地面的高度h。 请根据实验步骤完成下面填空： （1）实验前，用水平仪先将光滑操作台的台面调为水平。其目的为　 　； （2）如果滑块A、B组成的系统水平动量守恒，须满足的关系是　 　。（用测量的物理量表示） （3）实验步骤中不需要操作的是　 　。（填写步骤前的字母序号） 【C组综合拓展】 10．（2025高二下·广南期末） 如图所示，利用图示的装置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）实验中，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的，但是，可以通过测量____（填选项前的符号），间接地解决这个问题｡ A．小球开始释放高度 B．小球抛出点距地面的高度 C．小球做平抛运动的水平距离x （2）图中点是小球拋出点在地面上的垂直投影｡实验时，先让入射球多次从斜轨上位置静止释放，找到其平均落地点的位置，测量平抛射程。然后，把被碰小球静置于轨道的水平部分前端，再将入射球从斜轨上位置静止释放，与小球相碰，并多次重复｡接下来要完成的必要步骤是____（填选项前的符号）｡ A．用天平测量两个小球的质量、 B．测量小球开始释放高度 C．测量抛出点距地面的高度 D．分别找到、相碰后平均落地点的位置M、N E．测量平抛射程OM、ON （3）若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为　 　【用（2）中测量的量表示】｡ （4）本实验还可以检验之间的碰撞是否是完全弹性碰撞｡若之间的碰撞是完全弹性碰撞，则可用　 　验证【用（2）中测量的量表示】｡ 11．在利用碰撞做“验证动量守恒定律”的实验中，实验装置如图甲所示，图中斜槽部分与水平槽部分平滑连接，按要求安装好仪器后开始实验。图中设计有一个支柱（通过调整，可使两球的球心在同一水平线上；上面的小球被碰离开后，支柱立即倒下）。先不放被碰小球，重复实验若干次：然后把被碰小球静止放在槽的水平部分的前端边缘支柱体B处（槽口），又重复实验若干次，在白纸上记录下挂于槽口的重锤线在记录纸上的竖直投影点和各次实验时小球落点的平均位置，从左至右依次为O、M、P、N点，测得两小球直径相等，并用刻度尺测出OM、OP、ON的长度，入射小球和被碰小球的质量分别为m1、m2，则： （1）本实验中，要想更准确的确定小球平均落点位置，需要借助哪种实验仪器　 　（填仪器名称即可） （2）两小球的直径用螺旋测微器核准相等，测量结果如图乙所示，则两小球的直径均为D=　 　mm； （3）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_____（填选项前的字母），间接地解决这个问题。 A．小球开始释放高度h B．小球抛出点距地面的高度H C．小球做平抛运动的射程 （4）当所测的物理量满足表达式　 　（用所测物理量的字母表示，小球直径用D表示）时，即说明两球碰撞遵守动量守恒定律； （5）某次实验得出小球的落点情况如图丙所示，图中数据单位统一，假设碰撞动量守恒，两小球质量之比m1：m2=　 　。 学科网（北京）股份有限公司 $ 1.4 实验：验证动量守恒定律 分层作业 2026-2027学年高二物理人教版选择性必修第一册【基础题】 【A组基础通关】 1．（2025·南通模拟）用如图所示的实验装置验证动量守恒定律，一同学在实验中记录了某次碰撞前后小球落点的位置P和M、N，发现M、N点不在OP连线上，下列图中落点位置可能正确的是 （　　） A． B． C． D． 【答案】B 【解析】碰撞过程中系统动量守恒，设碰撞的小球质量为m1，被碰撞小球质量为m2，M是碰撞后入射小球的位置，P点是碰撞前入射小球单独下落的位置，N是被碰小球的下落位置，M、N点不在OP连线上，说明两小球碰撞时不沿OP方向，碰撞前后两小球在垂直于OP方向上动量守恒，两小球落地点在OP的两侧，根据动量守恒定律有 由于 所以 碰撞后两小球做平抛运动，下落的高度相等，所以下落的时间相等，在垂直于OP方向的位移 则 故选B。 2．（2025高二上·新吴期中）在“验证动量守恒定律”的实验中，入射球每次滚下都应从斜槽上的同一位置无初速释放，这是为了使(　　) A．小球每次都能水平飞出槽口 B．小球每次都以相同的速度飞出槽口 C．小球在空中飞行的时间不变 D．小球每次都能对心碰撞 【答案】B 【解析】本题考查了验证动量守恒实验中的实验注意事项，要求能知道实验原理与实验注意事项，明确实验中如何可以减小实验误差。入射小球每次滚下都应从斜槽上的同一位置无初速的释放，是为了使小球每次都以相同的速度飞出槽口；故B正确；而只要末端水平，小球即可以做平抛运动，与起点无关，同时时间由高度决定，而要使小球做对心碰撞，应该使两小球的半径相同，故ACD错误； 故选B。 3．某同学利用如图所示的装置做“验证动量守恒定律的实验”，已知两球的质量分别为、（且），关于实验，下列说法正确的是（　　） A．斜槽轨道必须光滑 B．如果是的落点，则该同学实验过程中有错误 C．实验需要验证的是 D．实验需要秒表、天平、圆规等器材 【答案】B 【解析】本实验的一个重要的技巧是入射球和靶球从同一高度做平抛运动并且落到同一水平面上，故下落的时间相同，所以在实验的过程当中把本来需要测量的速度改为测量平抛过程当中水平方向发生的位移。A．在同一组的实验中要保证入射球和被碰球每次平抛的速度都相同，故每次入射球必须从同一高度由静止释放，由于摩擦作用对它们的影响相同，因此轨道是否光滑不影响实验，故A错误； B．入射球要比被碰球质量大，因此质量为的小球为入射小球，其碰前落地点为P，碰后落地点为M，故B正确； C．不管是入射小球还是被碰小球，它们开始平抛的位置都是O点，图中P是入射小球不发生碰撞时飞出的落地点，N是被碰小球飞出的落地点，M是入射小球碰撞后飞出的落地点，由于它们都是从同一高度做平抛运动，运动的时间相同，故可以用水平位移代表水平速度，故需验证表达式为，故C错误； D．本实验不需要测小球平抛运动的速度，故不需要测运动的时间，不需要秒表，故D错误。 故选B。 （多选）4．若用打点计时器做探究碰撞中的不变量实验，下列操作中正确的是（　　） A．相互作用的两车上，一个装撞针，一个装橡皮泥，是为了碰撞后黏在一起 B．相互作用的两车上，一个装撞针，一个装橡皮泥，是为了改变两车的质量 C．先接通打点计时器的电源，再释放拖动纸带的小车 D．先释放拖动纸带的小车，再接通打点计时器的电源 【答案】A,C 【解析】AB.相互作用的两车上，一个装上撞针，一个装上橡皮泥，是为了碰撞后粘在一起，不是为了改变车的质量，A符合题意，B不符合题意； CD.为了能测出小车从初速度为零开始的运动，应先接通电源再释放纸带，C符合题意，D不符合题意。 故答案为：AC。 5．（2025·湛江模拟）图示为做“碰撞中的动量守恒”的实验装置 (1)入射小球每次都应从斜槽上的同一位置无初速度释放，这是为了　 　 A．入射小球每次都能水平飞出槽口 B．入射小球每次都以相同的速度飞出槽口 C．入射小球在空中飞行的时间不变 D．入射小球每次都能发生对心碰撞 (2)入射小球的质量应　 　（选填“大于”、“等于”或“小于”）被碰小球的质量； (3)设入射小球的质量为，被碰小球的质量为，为碰前入射小球落点的平均位置，则关系式　 　（用、及图中字母表示）成立，即表示碰撞中动量守恒。 【答案】B；大于； 【解析】本题考查了实验注意事项、数据处理等，知道实验原理、实验注意事项即可正确解题；明确小球离开轨道后做平抛运动，它们在空中的运动时间相等，水平位移与初速度正正比，可以用水平位移表示初速度，要注意体会这种实验的方法。(1)入射小球每次都应从斜槽上的同一位置无初速度释放，目的是使入射小球每次都以相同的速度飞出槽口，故B正确，ACD错误。 故选B。 (2)为了防止入射小球反弹，入射小球的质量应大于被碰小球的质量。 (3)由于小球下落高度相同，则根据平抛运动规律可知，小球下落时间相同；P为碰前入射小球落点的平均位置，M为碰后入射小球的位置，N为碰后被碰小球的位置，碰撞前入射小球的速度 碰撞后入射小球的速度 碰撞后被碰小球的速度 如果 则表明通过该实验验证了两球碰撞过程中动量守恒，即 成立，即表示碰撞中动量守恒。 【B组拓展提升】 6．某实验小组利用如图甲所示装置验证斜槽末端小球碰撞时动量守恒。 （1）利用托盘天平测出甲、乙两小球的质量分别为、，测得，则应选　 　填“甲”或“乙”球作为入射小球。 （2）甲、乙两小球的半径应相等，其目的是　 　 （3）安装好实验仪器后，将铅垂线在白纸上的投影点记为点。不放被撞小球，每次让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下，重复次，确定次实验小球落点的平均位置。把被撞小球放在斜槽末端，每次让入射小球从斜槽同一高度自由滚下，使它们发生碰撞，重复实验次。确定次实验入射小球和被撞小球，小球落点的平均位置、。确定小球落点的平均位置时需要用的实验器材是　 　 【答案】（1）甲 （2）保证两球发生一维碰撞或保证两球是对心碰撞 （3）圆规 【解析】（1）为防止入射小球与被碰小球碰撞后反弹，入射小球质量应大于被撞小球，故应选甲球作为入射小球。 （2）只有对心碰撞动量才守恒，所以甲、乙两小球的半径应相等，其目的是保证两球发生对心碰撞。 （3）确定10次落点的平均位置时，应用圆规画一尽可能小的圆，将落点圈在圆内，圆心即为落点的平均位置。 7．某同学验证两个小球在斜槽末端碰撞时的动量守恒，实验装置如图所示。A、B为两个直径相同的小球。实验时，不放B，让A从固定的斜槽上E点自由滚下，在水平面上得到一个落点位置；将B放置在斜槽末端，让A再次从斜槽上E点自由滚下，与B发生正碰，在水平面上又得到两个落点位置。三个落点位置标记为M、N、P。 （1）为了确认两个小球的直径相同，该同学用10分度的游标卡尺对它们的直径进行了测量，某次测量的结果如下图所示，其读数为　 　mm。 （2）下列关于实验的要求哪个是正确的__________。 A．斜槽的末端必须是水平的 B．斜槽的轨道必须是光滑的 C．必须测出斜槽末端的高度 D．A，B的质量必须相同 （3）如果该同学实验操作正确且碰撞可视为弹性碰撞，A、B碰后在水平面上的落点位置分别为　 　、　 　。（填落点位置的标记字母） 【答案】（1）10.5 （2）A （3）M；P 【解析】（1）10分度游标卡尺精确度为0.1mm。读数为； （2）A.为了保证小球做平抛运动，斜槽末端必须水平，故A符合题意； B.斜槽光滑与否对实验不产生影响，故B不符合题意； C.实验中两小球做平抛运动，下落时间相同，不需要测量斜槽末端的高度，故C不符合题意； D.为了防止入射球反弹，应使入射球的质量大于被碰球的质量，故D不符合题意。 故答案为：A （3）两球为弹性碰撞，N点为小球A单独滑下时的落点；碰撞后A球速度减小，B球速度增大，故A球落点为M，B球落点为P。 故答案为：（1）10.5；（2）A；（3）M P 8．利用气垫导轨、光电门的测量装置来研究两个滑块碰撞过程中系统动量的变化情况，实验仪器如图所示。实验过程： ⑴调节气垫导轨水平，并使光电计时器系统正常工作； ⑵在滑块1上装上挡光片并测出其长度L； ⑶在滑块2的碰撞端面粘上橡皮泥（或双面胶纸）； ⑷用天平测出滑块1和滑块2的质量m1、m2． ⑸把滑块1和滑块2放在气垫导轨上，让滑块2处于静止状态，使滑块1以初速度v1与之碰撞（这时光电计时器系统自动计算时间），撞后两者粘在一起，分别记下滑块1的挡光片碰前通过光电门的遮光时间t1和碰后通过光电门的遮光时间t2。 ⑹先根据计算滑块1碰撞前的速度v1及碰后两者的共同速度v2；再计算两滑块碰撞前后的动量，并比较两滑块碰撞前后的动量的矢量和（保留3位小数）。 实验数据： m1=0.324kg、m2=0.181kg、v1=0.290m/s、v2=0.184m/s，则碰前系统的动量为　 　，碰后系统的动量为　 　，根据数据得到的结论　 　。（保留3位小数） 【答案】0.094；0.093；在误差允许的范围内，碰撞前后系统的总动量守恒 【解析】（6）碰前系统的动量为 碰后系统的动量为 根据数据得到的结论：在误差允许的范围内，碰撞前后系统的总动量守恒。 9．某同学用如图所示的装置“验证动量守恒定律”。实验前，用水平仪先将光滑操作台的台面调为水平。其实验步骤为： A.用天平测出滑块A、B的质量、； B.用细线将滑块A、B连接，使A、B间的弹簧处于压缩状态； C.剪断细线，滑块A、B离开弹簧后。均沿光滑操作台的台面运动，最后都滑落台面，记录A、B滑块的落地点M、N； D.用刻度尺测出M、N距操作台边缘的水平距离、； E.用刻度尺测出操作台面距地面的高度h。 请根据实验步骤完成下面填空： （1）实验前，用水平仪先将光滑操作台的台面调为水平。其目的为　 　； （2）如果滑块A、B组成的系统水平动量守恒，须满足的关系是　 　。（用测量的物理量表示） （3）实验步骤中不需要操作的是　 　。（填写步骤前的字母序号） 【答案】（1）保证滑块做平抛运动 （2） （3）E 【解析】（1）本实验是验证滑块A、B在水平方向动量守恒，所以先将光滑操作台的台面调为水平，目的是保证滑块做平抛运动，从而可以求滑块的初速度。 （2）两滑块平抛的初速度分别为：vA、vB，由滑块A、B组成的系统满足水平方向动量守恒，即，滑块平抛的时间相同，水平方向：，得。 （3）由于数据处理过程中，两滑块平抛的高度相同，故平抛时间相同，所以没有必要测量操作台面与地面间的高度h。 【C组综合拓展】 10．（2025高二下·广南期末） 如图所示，利用图示的装置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）实验中，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的，但是，可以通过测量____（填选项前的符号），间接地解决这个问题｡ A．小球开始释放高度 B．小球抛出点距地面的高度 C．小球做平抛运动的水平距离x （2）图中点是小球拋出点在地面上的垂直投影｡实验时，先让入射球多次从斜轨上位置静止释放，找到其平均落地点的位置，测量平抛射程。然后，把被碰小球静置于轨道的水平部分前端，再将入射球从斜轨上位置静止释放，与小球相碰，并多次重复｡接下来要完成的必要步骤是____（填选项前的符号）｡ A．用天平测量两个小球的质量、 B．测量小球开始释放高度 C．测量抛出点距地面的高度 D．分别找到、相碰后平均落地点的位置M、N E．测量平抛射程OM、ON （3）若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为　 　【用（2）中测量的量表示】｡ （4）本实验还可以检验之间的碰撞是否是完全弹性碰撞｡若之间的碰撞是完全弹性碰撞，则可用　 　验证【用（2）中测量的量表示】｡ 【答案】（1）C （2）A；D；E （3） （4） 【解析】 （1）由于直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的，但是可以由小球碰撞前后做平抛运动的时间相同，可用平抛的水平位移替代平抛的初速度进行实验验证。C正确； (2)步骤D、E是必需的，而且D在E之前，至于用天平测小球质量的，先后都可以。ADE； (3)根据动量守恒定律知： 而， 故。 （4）如果m1、m2间的碰撞是完全弹性碰撞，则系统满足动量守恒定律和机械能守恒定律。 联立解得： 11．在利用碰撞做“验证动量守恒定律”的实验中，实验装置如图甲所示，图中斜槽部分与水平槽部分平滑连接，按要求安装好仪器后开始实验。图中设计有一个支柱（通过调整，可使两球的球心在同一水平线上；上面的小球被碰离开后，支柱立即倒下）。先不放被碰小球，重复实验若干次：然后把被碰小球静止放在槽的水平部分的前端边缘支柱体B处（槽口），又重复实验若干次，在白纸上记录下挂于槽口的重锤线在记录纸上的竖直投影点和各次实验时小球落点的平均位置，从左至右依次为O、M、P、N点，测得两小球直径相等，并用刻度尺测出OM、OP、ON的长度，入射小球和被碰小球的质量分别为m1、m2，则： （1）本实验中，要想更准确的确定小球平均落点位置，需要借助哪种实验仪器　 　（填仪器名称即可） （2）两小球的直径用螺旋测微器核准相等，测量结果如图乙所示，则两小球的直径均为D=　 　mm； （3）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_____（填选项前的字母），间接地解决这个问题。 A．小球开始释放高度h B．小球抛出点距地面的高度H C．小球做平抛运动的射程 （4）当所测的物理量满足表达式　 　（用所测物理量的字母表示，小球直径用D表示）时，即说明两球碰撞遵守动量守恒定律； （5）某次实验得出小球的落点情况如图丙所示，图中数据单位统一，假设碰撞动量守恒，两小球质量之比m1：m2=　 　。 【答案】（1）圆规 （2）12.902—12.906mm （3）C （4） （5）4：1 【解析】(1)本实验中，要想更准确的确定小球平均落点位置，需要用圆规用最小的圆把所有的落地点圈起来，则圆心位置即为小球的平均落地点，则需要借助的实验仪器是圆规；(2)两小球的直径均为D=12.5mm+0.01mm×40.3=12.903mm；(3)因小球做平抛运动，落地时间相同，则水平位移和初速度成正比，则可以测量小球做平抛运动的射程来代替水平速度，故答案为：C。(4)根据实验原理可得m1v0=m1v1+m2v2 又因下落时间相同，两边乘以时间t可得m1v0t=m1v1t+m2v2t 即可求得m1OP=m1OM+m2(ON-D) 则若碰撞过程中动量守恒，则其表达式为m1OP=m1OM+m2(ON-D) ；(5)由图丙所示可知，OP=25.70cm，OM=15.70cm，ON=41.29cm． 如果两球碰撞过程动量守恒，则m1OP=m1OM+m2(ON-D) 代入数据求得m1：m2=4：1 学科网（北京）股份有限公司 $