(6) 1.4 实验：验证动量守恒定律 (课时跟踪)-【学而思·高中同步培优练】2026-2027学年高二物理选择性必修第一册课时作业(人教版·新教材)

4　实验:验证动量守恒定律 建议用时:40分钟 1.[2026·江苏如皋中学高二月考] 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;本实验中　　　　(选填“需要”或“不需要”)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碰撞粘在一起通过光电门2.测得滑块a通过光电门1、2的时间分别为t1和t2.该步骤中　　　　(选填“需要”或“不需要”)测量遮光条的宽度d.  (4)改变滑块a推出时的速度,重复步骤(3),作出以t1为纵坐标,以　　　 为横坐标的图线.若该图线为过原点的直线,且直线的斜率k=　　　　,则证明碰撞过程中两滑块的总动量守恒.  2.如图所示的装置常用来验证动量守恒定律. (1)安装实验仪器,应使斜槽末端处于　　　状态.在木板上依次铺上白纸、复写纸.利用重垂线在白纸上分别标注斜槽端口、靶球初位置的投影点O和O'.  (2)用天平测出两个大小相同、质量不同的钢球质量,质量为m1的钢球作为入射球,质量为m2的钢球作为靶球,则m1　　(选填“>”“<”或“=”)m2.  (3)先让入射球单独从斜槽上端紧靠定位板的位置自由滑下,在白纸上留下落地点P.在支球柱上放上靶球,让入射球从斜槽上端　　　　　　自由滑下,与靶球发生碰撞,两球分别在白纸上留下落地点分别为M、N.  (4)测出入射球两次落地点P、M与点O的距离分别为x和x1,靶球落地碰撞点N与点O'的距离x2,在实验误差允许范围内,若m1、m2和x、x1、x2满足关系　　　　　　　　　　,就验证了两钢球碰撞前、后总动量守恒.  3.[2025·江苏徐州棠张中学高二月考] 某实验探究小组利用如图实验装置研究两物体碰撞过程中的守恒量. (1)实验步骤如下: A.将白纸、复写纸固定在竖直放置的木板上,用来记录实验中球1、球2与木板的撞击点; B.利用天平测量出1、2两小球的质量分别为m1、m2; C.调节轨道末端水平,木板竖直立在轨道末端右侧并与轨道接触,让入射球1从斜轨上A点由静止释放,与木板撞击点为B'; D.将木板平移到图中所示位置固定; E.让入射球1从斜轨上A点由静止释放,与木板撞击点为P; F.把球2静止放置在水平轨道的末端B点,让入射球1从斜轨上A点由静止释放,确定球1和球2相撞后与木板的撞击点; G.用秒表分别测量两球从B点到各撞击点N、P、M所用的时间t1、t2、t3; H.用刻度尺测得B'与N、P、M各点的高度差分别为h1、h2、h3. 以上步骤中不合理的项是　　　　 (填步骤前序号).  (2)为了减小实验误差,下列做法合理的是　　　　 (填选项前的字母).  A.减小斜槽对小球A的摩擦 B.多次将A球从不同的位置释放 C.保证斜槽末端的切线沿水平方向 D.两球的质量和半径都一样大 (3)把小球2放在斜轨末端边缘B处,让小球1从斜轨上A处由静止开始滚下,使它们发生碰撞,碰后小球1的落点在图中的　　　　点.  (4)在误差允许的范围内,若满足关系式　　　　　　　　　　,即表示两小球组成的系统碰撞过程中动量守恒;再满足关系式　　　　　　　　　,则表示两小球的碰撞为弹性碰撞.  4.[2025·湖北恩施高二期末] 某实验小组用如图甲所示的装置做验证动量守恒定律的实验.轻质细线一端与固定拉力传感器O点连接,另一端连结一个小球.在O点正下方的光滑水平桌面上静止放置一个中心与小球球心等高的片状橡皮泥(厚度忽略不计).将小球拉起一定的偏角后由静止释放,在最低点处与橡皮泥发生碰撞,碰后粘在一起向左摆动.此过程中采集到的拉力F的大小随时间t变化关系如图乙所示,图中F1、F2已知.当地的重力加速度大小为g,不考虑橡皮泥的形状和空气阻力带来的影响. (1)若小球质量为m1,O点到小球球心的距离为L,则小球碰前瞬间的速度大小为　　　　.  (2)为验证碰撞过程中,小球与橡皮泥组成的系统在水平方向上动量是否守恒,还必须测量的物理量有　　　　.  A.小球质量m1、橡皮泥质量m2 B.细线的长度l C.小球的直径D (3)在误差允许的范围内,若本实验中物理量满足关系式 　 [用题干和第(2)问的已知量、测量值的字母表示],则可验证碰撞过程中小球、橡皮泥组成的系统在水平方向上动量守恒. 5.如图甲所示,小明同学用图示装置验证动量守恒定律.内壁光滑的圆筒固定在水平桌面上,将弹簧置于圆筒内,弹簧两端各放置一直径略小于圆筒内径的钢球,A、B为可插入圆筒的销钉,能将小球约束在圆筒内;地面铺有白纸和复写纸,实验前先将圆筒调整水平,然后在白纸上记下系于圆筒口的重垂线正下方的点O1、O2.实验时,将左右两钢球a和b向里压缩弹簧,插入销钉,在圆筒上标记压缩弹簧后两球的位置;然后同时抽出两销钉,钢球从圆筒口射出并做平抛运动,钢球a和b的平均落点分别为M、N,用刻度尺测得O1、M间距为x1,O2、N间距为x2. (1)本实验还需要测量的物理量是　　　　 (填选项前的字母).  A.两钢球a和b平抛的时间t B.两钢球a和b抛出点距离地面的高度h C.钢球a的质量ma和钢球b的质量mb D.弹簧的压缩量x (2)如图乙所示是多次实验(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:   　.   (3)两球构成的系统动量守恒,验证动量守恒定律的表达式为　　　　　　　 (用题目给的物理量以及第(1)问所需测量的物理量来表示).  学科网（北京）股份有限公司 $ 4　实验:验证动量守恒定律 1.(1)不需要　(2)相等　(3)不需要　(4)t2　 [解析] (1)因为碰撞后两滑块粘在一起,所以对两物体的质量关系无要求. (2)若气垫导轨已调至水平,则轻推滑块a后,滑块a应做匀速直线运动,通过光电门1和2的时间应相等. (3)设遮光条宽度为d,由题意可知滑块a碰滑块b前速度大小v1=,滑块a碰滑块b后整体速度v2=,规定向右为正方向,由动量守恒定律得mav1=(ma+mb)v2,联立可得ma=(ma+mb),遮光条的宽度已经约去,所以不需要测量遮光条的宽度. (4)要满足碰撞过程中两滑块的总动量守恒,由以上分析可知ma=(ma+mb),变形得t1=t2,所以若t1⁃t2图线为过原点的直线,且直线的斜率k=,则证明碰撞过程中两滑块的总动量守恒. 2.(1)水平　 (2)>　(3)同一位置　(4)m1x=m1x1+m2x2 [解析] (1)安装实验仪器,为了使小球抛出时的速度处于水平方向,应使斜槽末端处于水平状态. (2)为了保证碰撞后,入射球不反弹,应使入射球质量大于靶球质量,即m1>m2. (3)为了保证每次碰撞前瞬间入射球的速度相同,在支球柱上放上靶球,让入射球从斜槽上端同一位置自由滑下,与靶球发生碰撞,两球分别在白纸上留下落地点分别为M、N. (4)小球在空中做平抛运动下落的高度相同,在空中运动的时间相同,设入射球碰撞前瞬间的速度为v0,碰撞后瞬间入射球和靶球的速度分别为v1、v2,根据动量守恒定律可得m1v0=m1v1+m2v2,则有m1v0t=m1v1t+m2v2t,可得验证两钢球碰撞前后总动量守恒的表达式为m1x=m1x1+m2x2. 3.(1)G　(2)C　(3)M　(4) =+ =+ [解析] (1)小球撞击在木条上时,时间很短,不便测量,根据平抛运动规律,可知小球撞击在木条上时,下落的时间t=,可把时间转换为高度h,故G不合理. (2)只要每次球1从同一位置静止释放,球1到达斜槽末端的速度就相等,斜槽有无摩擦力不影响实验结果,故A、B错误;小球碰前和碰后的速度是根据平抛运动的规律计算,所以斜槽末端的切线必须沿水平方向,故C正确;为了使两球碰撞为一维碰撞,即实现对心碰撞,且球1不反弹,则球1的直径等于球2的直径,入射小球的质量应大于被碰小球的质量,故D错误. (3)由图可知,两小球撞击在竖直木条上,三次平抛运动的水平位移相等,由平抛运动的规律可知,水平速度越大,竖直方向下落的高度越小;碰后小球1的速度减小,则碰后小球1落到M点. (4)根据平抛运动规律可知,小球撞击在木条上时,下落的时间t=,则小球做平抛运动的水平速度v==,代入题中数据得v1=,v1'=,v2'=,若碰撞过程动量守恒,则有m1v1=m1v1'+m2v2',联立解得=+;若两小球的碰撞为弹性碰撞,则碰撞过程机械能守恒,有m1=m1v1'2+m2v2'2,联立解得=+. 4.(1)　(2)A　(3)m1(F1-m1g)=(m1+m2)[F2-(m1+m2)g] [解析] (1)小球在最低点时,根据牛顿第二定律有F1-m1g=m1,解得v1=. (2)(3)小球与橡皮泥碰撞过程,根据动量守恒定律有m1v1=(m1+m2)v2,碰撞后瞬间,对小球与橡皮泥整体,根据牛顿第二定律得F2-(m1+m2)g=(m1+m2),联立可得满足的关系式m1(F1-m1g)=(m1+m2)[F2-(m1+m2)g];为验证碰撞过程中小球、橡皮泥组成的系统在水平方向上动量是否守恒,还必须测量的物理量有小球质量m1、橡皮泥质量m2,故选A. 5.(1)C　 (2)用圆规画一尽可能小的圆,将落点圈在圆内,圆心即为平均落点　 (3)max1=mbx2 [解析] (1)实验要验证的关系式为mava-mbvb=0,其中va=,vb=,两钢球平抛运动的高度相同,则时间t相同,即max1=mbx2,则本实验还需要测量的物理量是钢球a的质量ma和钢球b的质量mb,故C正确. (2)确定其平均落点的方法:用圆规画一尽可能小的圆,将落点圈在圆内,圆心即为平均落点. (3)两球构成的系统动量守恒,验证动量守恒定律的表达式为max1=mbx2. 学科网（北京）股份有限公司 $