资源简介

4　实验：验证动量守恒定律
1.(6分)(2025·怀化市高二期末)某实验小组采用如图甲所示的实验装置做“验证动量守恒定律”实验。在桌面上放置气垫导轨，在气垫导轨上安装光电计时器1和光电计时器2，放置带有挡光片的滑块A、B，二者质量(包括挡光片)分别为mA、mB，导轨末端装有位移传感器(图中未画出)。
(1)(2分)在调节气垫导轨水平时，开启充气泵，将一个滑块轻放在导轨上，发现它向右加速运动。此时，应调节旋钮P使其高度　　　　(填“升高”或“降低”)。
(2)(2分)某次实验中，使滑块B静置于两光电计时器之间，将A置于光电计时器1右侧。用手轻推一下A，使其向左运动，与B发生碰撞。滑块A两次经过光电计时器1记录的遮光时间分别为t1、t2，滑块B通过光电计时器2时，记录的遮光时间为t3，已知两挡光片宽度相同，若mA、mB、t1、t2、t3满足关系式　　　　　　，则可验证滑块A、B组成的系统碰撞前后动量守恒。
(3)(2分)某次实验中，让滑块A获得初速度后与静止的滑块B发生碰撞，规定A碰前的速度方向为正方向。根据传感器记录的数据，得到它们在碰撞前后的位移x与时间t的关系图像如图乙所示，若A、B碰撞过程中动量守恒，则滑块A、B质量之比为=　　　　　　。
2.(10分)(来自鲁科教材)在“验证动量守恒定律”实验中，实验装置示意图如图(a)所示。请完成下列填空。
(1)(2分)本实验必须满足的条件是　　　　。
A.斜槽轨道的斜面必须是光滑的
B.斜槽轨道末端的切线是水平的
C.球a每次都要从同一高度由静止释放
D.碰撞的瞬间，球a与球b的球心连线与轨道末端的切线平行
(2)(2分)本实验必须测量的物理量有　　　　。
A.斜槽轨道末端到水平地面的高度H
B.球a、b的质量ma、mb
C.球a、b的半径r
D.球a、b离开斜槽轨道末端后平抛飞行的时间t
E.记录纸上点O到A、B、C各点的距离
F.球a的固定释放点到斜槽轨道末端水平部分间的高度差h
(3)(2分)按照本实验方法，验证动量守恒定律的关系式是　　　　。
(4)(2分)为测定未放球b时球a落点的平均位置，把刻度尺的0刻度线跟记录纸上的点O对齐，图(b)给出了球a落点附近的情况。由图可得OB距离应为　　　　　 cm。
(5)(2分)若再测得OA=2.68 cm，OC=11.50 cm，已知a、b两球的质量比为2∶1，则系统碰撞后总动量p'与碰撞前总动量p的百分误差||×100%=　　　　　　%(结果保留2位有效数字)。
3.(8分)(来自粤教教材)某同学设计了一个电磁打点计时器“验证动量守恒”的实验。在小车A的前端粘有橡皮泥，推动小车A使之做匀速运动。然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘在一起，继续做匀速运动。设计的具体装置如图甲所示，在小车A后连着纸带，电磁打点计时器电源频率为50 Hz。长木板右侧垫着小木块用以平衡摩擦力。
(1)(4分)若已得到打点纸带如图乙所示，并测得各计数点间距标在图上，点A为运动起始的第一点，则应选　　　　段来计算小车A的碰前速度，应选　　　　段来计算小车A和B碰后的共同速度。(以上均选填“AB”“BC”“CD”或“DE”)
(2)(4分)已测得小车A的质量m1=0.40 kg，小车B的质量m2=0.20 kg，由以上测量结果可得，碰前总动量为　　　　 kg·m/s，碰后总动量为　　　　　　 kg·m/s。
4.(9分)(2025·河南省部分学校高二期中)实验小组用如图所示的装置做“验证动量守恒定律”实验。该装置斜面末端与水平固定的木板在连接处做了平滑处理。水平木板各处的粗糙程度相同。实验时将小物块A从斜面上P点由静止释放，物块A经过木板上Q点后继续滑行直至停止，测量停下的位置距Q点的距离为x1，如图甲所示。现将另一与A材料相同、粗糙程度相同但质量不同的小物块B放置在Q点，仍将物块A从斜面上P点由静止释放，物块A与物块B在Q点相碰后反弹，测得物块A与物块B停下的位置距Q点的距离分别为x2和x3，如图乙所示。
(1)(3分)为验证物块A、B碰撞过程动量守恒，还需要测出　　　　　　　　　　　　　　(写出物理量的名称及表示字母)。
(2)(3分)若关系式　　　　　　　　　　　　　(用x1、x2、x3和测量物理量的字母表示)成立，则可验证物块A、B碰撞过程动量守恒。
(3)(3分)有关该实验的说法中，正确的是　　　　(填选项序号)。
A.物块A的质量必须大于物块B的质量
B.本实验中必须测出物块A、B与木板间的动摩擦因数μ
C.必须保证物块A从斜面上同一位置由静止释放
5.(7分)(2025·福建省闽侯第一中学高二检测)利用“类牛顿摆”验证碰撞过程中的动量守恒定律。实验器材：两个半径相同的球1和球2、细线若干、坐标纸、刻度尺。实验步骤：
(1)测量球1、2的质量分别为m1、m2，将球各用两细线悬挂于水平支架上，各悬点位于同一水平面，如图甲所示；
(2)将坐标纸竖直固定在一个水平支架上，使坐标纸与球运动平面平行且尽量靠近。坐标纸每一小格是边长为d的正方形。将球1拉至某一位置A，由静止释放，垂直坐标纸方向用手机高速连拍；
(3)(7分)分析连拍照片得出，球1从A点由静止释放，在最低点与球2发生水平方向的正碰，球1反弹后到达的最高位置为B，球2向左摆动的最高位置为C，如图乙所示。已知重力加速度为g，碰前球1的动量大小为　　　　　，若满足关系式　　　　　，则验证碰撞中动量守恒。
4　实验：验证动量守恒定律
1.(6分)(2025·怀化市高二期末)某实验小组采用如图甲所示的实验装置做“验证动量守恒定律”实验。在桌面上放置气垫导轨，在气垫导轨上安装光电计时器1和光电计时器2，放置带有挡光片的滑块A、B，二者质量(包括挡光片)分别为mA、mB，导轨末端装有位移传感器(图中未画出)。
(1)(2分)在调节气垫导轨水平时，开启充气泵，将一个滑块轻放在导轨上，发现它向右加速运动。此时，应调节旋钮P使其高度　　　　(填“升高”或“降低”)。
(2)(2分)某次实验中，使滑块B静置于两光电计时器之间，将A置于光电计时器1右侧。用手轻推一下A，使其向左运动，与B发生碰撞。滑块A两次经过光电计时器1记录的遮光时间分别为t1、t2，滑块B通过光电计时器2时，记录的遮光时间为t3，已知两挡光片宽度相同，若mA、mB、t1、t2、t3满足关系式　　　　　　，则可验证滑块A、B组成的系统碰撞前后动量守恒。
(3)(2分)某次实验中，让滑块A获得初速度后与静止的滑块B发生碰撞，规定A碰前的速度方向为正方向。根据传感器记录的数据，得到它们在碰撞前后的位移x与时间t的关系图像如图乙所示，若A、B碰撞过程中动量守恒，则滑块A、B质量之比为=　　　　　　。
答案　(1)降低　(2)=-+　(3)
解析　(1)开启充气泵，将一个滑块轻放在导轨上，发现它向右加速运动，说明气垫导轨左高右低，则应调节左方旋钮P使其高度降低。
(2)设挡光片宽度为d，滑块A两次经过光电计时器1的速度大小分别为v0=、vA=，滑块B经过光电计时器2的速度为vB=，
若A、B组成的系统碰撞后动量守恒，有mAv0=-mAvA+mBvB，
即=-+。
(3)x-t图像的斜率表示速度，可知碰撞前滑块A的速度大小为
v0= m/s=2.5 m/s，
碰撞后瞬间滑块A、B的速度大小分别为
vA= m/s=0.5 m/s，
vB= m/s=1 m/s，
由动量守恒得mAv0=-mAvA+mBvB，
解得=。
2.(10分)(来自鲁科教材)在“验证动量守恒定律”实验中，实验装置示意图如图(a)所示。请完成下列填空。
(1)(2分)本实验必须满足的条件是　　　　。
A.斜槽轨道的斜面必须是光滑的
B.斜槽轨道末端的切线是水平的
C.球a每次都要从同一高度由静止释放
D.碰撞的瞬间，球a与球b的球心连线与轨道末端的切线平行
(2)(2分)本实验必须测量的物理量有　　　　。
A.斜槽轨道末端到水平地面的高度H
B.球a、b的质量ma、mb
C.球a、b的半径r
D.球a、b离开斜槽轨道末端后平抛飞行的时间t
E.记录纸上点O到A、B、C各点的距离
F.球a的固定释放点到斜槽轨道末端水平部分间的高度差h
(3)(2分)按照本实验方法，验证动量守恒定律的关系式是　　　　。
(4)(2分)为测定未放球b时球a落点的平均位置，把刻度尺的0刻度线跟记录纸上的点O对齐，图(b)给出了球a落点附近的情况。由图可得OB距离应为　　　　　 cm。
(5)(2分)若再测得OA=2.68 cm，OC=11.50 cm，已知a、b两球的质量比为2∶1，则系统碰撞后总动量p'与碰撞前总动量p的百分误差||×100%=　　　　　　%(结果保留2位有效数字)。
答案　(1)BCD　(2)BE　(3)ma·OB=ma·OA+mb·OC　(4)8.55　(5)1.4
解析　(1)斜槽轨道的斜面不必是光滑的，只要球a每次都从同一高度由静止释放即可，A错误，C正确；斜槽轨道末端的切线是水平的，这样球飞出后才是做平抛运动，B正确；碰撞的瞬间，球a与球b的球心连线与轨道末端的切线平行，这样才是对心碰撞，且碰后速度才能沿水平方向，D正确。
(2)所要验证的表达式为mav0=mav1+mbv2，球飞出后均做平抛运动，由于下落高度相同，故时间t相同，由v=可知，球做平抛运动的初速度与水平位移成正比，故要验证的表达式可改写为ma·OB=ma·OA+mb·OC，即本实验必须测量的物理量有球a、b的质量ma、mb和记录纸上点O到A、B、C各点的距离，B、E正确。
(3)按照本实验方法，验证动量守恒定律的关系式是ma·OB=ma·OA+mb·OC。
(4)用尽量小的圆把相对集中的大多数落点位置圈起来，圆心表示落点的平均位置，刻度尺的0刻度线到圆心的距离即为球a的水平位移，OB=8.55 cm。
(5)由题意可知p=ma·OB，p'=ma·OA+mb·OC，代入数据可得||×100%≈1.4%。
3.(8分)(来自粤教教材)某同学设计了一个电磁打点计时器“验证动量守恒”的实验。在小车A的前端粘有橡皮泥，推动小车A使之做匀速运动。然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘在一起，继续做匀速运动。设计的具体装置如图甲所示，在小车A后连着纸带，电磁打点计时器电源频率为50 Hz。长木板右侧垫着小木块用以平衡摩擦力。
(1)(4分)若已得到打点纸带如图乙所示，并测得各计数点间距标在图上，点A为运动起始的第一点，则应选　　　　段来计算小车A的碰前速度，应选　　　　段来计算小车A和B碰后的共同速度。(以上均选填“AB”“BC”“CD”或“DE”)
(2)(4分)已测得小车A的质量m1=0.40 kg，小车B的质量m2=0.20 kg，由以上测量结果可得，碰前总动量为　　　　 kg·m/s，碰后总动量为　　　　　　 kg·m/s。
答案　(1)BC　DE　(2)0.420　0.417
解析　(2)p1=m1v1=0.40× kg·m/s=0.420 kg·m/s，
p2=(m1+m2)v2=(0.40+0.20)× kg·m/s=0.417 kg·m/s。
4.(9分)(2025·河南省部分学校高二期中)实验小组用如图所示的装置做“验证动量守恒定律”实验。该装置斜面末端与水平固定的木板在连接处做了平滑处理。水平木板各处的粗糙程度相同。实验时将小物块A从斜面上P点由静止释放，物块A经过木板上Q点后继续滑行直至停止，测量停下的位置距Q点的距离为x1，如图甲所示。现将另一与A材料相同、粗糙程度相同但质量不同的小物块B放置在Q点，仍将物块A从斜面上P点由静止释放，物块A与物块B在Q点相碰后反弹，测得物块A与物块B停下的位置距Q点的距离分别为x2和x3，如图乙所示。
(1)(3分)为验证物块A、B碰撞过程动量守恒，还需要测出　　　　　　　　　　　　　　(写出物理量的名称及表示字母)。
(2)(3分)若关系式　　　　　　　　　　　　　(用x1、x2、x3和测量物理量的字母表示)成立，则可验证物块A、B碰撞过程动量守恒。
(3)(3分)有关该实验的说法中，正确的是　　　　(填选项序号)。
A.物块A的质量必须大于物块B的质量
B.本实验中必须测出物块A、B与木板间的动摩擦因数μ
C.必须保证物块A从斜面上同一位置由静止释放
答案　(1)A物块的质量mA和B物块的质量mB　(2)mA=mB-mA　(3)C
解析　(1)题图甲过程中，根据动能定理可得μmAgx1=mAv2，题图乙碰撞后过程中，根据动能定理可得μmAgx2=mA，μmBgx3=mB，碰撞前后动量守恒，则mAv=-mAv1+mBv2，解得mA=mB-mA，为验证物块A、B碰撞过程动量守恒，还需要测出A物块的质量mA和B物块的质量mB。
(2)根据以上分析可知，A、B碰撞过程动量守恒，则验证关系式mA=mB-mA。
(3)根据题意可知，物块A与物块B碰撞后反弹，所以物块A的质量小于物块B的质量，故A错误；根据验证的关系式可知，本实验中不需要测出物块A、B与木板间的动摩擦因数μ，故B错误；为了保证每次到达Q点速度不变，则必须保证物块A从斜面上同一位置由静止释放，故C正确。
5.(7分)(2025·福建省闽侯第一中学高二检测)利用“类牛顿摆”验证碰撞过程中的动量守恒定律。实验器材：两个半径相同的球1和球2、细线若干、坐标纸、刻度尺。实验步骤：
(1)测量球1、2的质量分别为m1、m2，将球各用两细线悬挂于水平支架上，各悬点位于同一水平面，如图甲所示；
(2)将坐标纸竖直固定在一个水平支架上，使坐标纸与球运动平面平行且尽量靠近。坐标纸每一小格是边长为d的正方形。将球1拉至某一位置A，由静止释放，垂直坐标纸方向用手机高速连拍；
(3)(7分)分析连拍照片得出，球1从A点由静止释放，在最低点与球2发生水平方向的正碰，球1反弹后到达的最高位置为B，球2向左摆动的最高位置为C，如图乙所示。已知重力加速度为g，碰前球1的动量大小为　　　　　，若满足关系式　　　　　，则验证碰撞中动量守恒。
答案　3m1　2m1=m2
解析　由题图乙可知，球1从A位置下落到最低点的高度差h1=9d，根据机械能守恒定律有m1gh1=m1，解得碰撞前球1的速度大小为v1=3，碰前球1的动量大小为p1=m1v1=3m1
由题图乙可知，碰撞后球2上升的高度为h2=4d，根据机械能守恒定律有m2gh2=m2，解得碰撞后球2的速度大小为v2=2，方向与v1方向相同，碰撞后球1反弹上升的高度为h1'=d，根据机械能守恒定律有m1gh1'=m1v1'2，解得碰撞后球1的速度大小为v1'=，方向与v1方向相反，若碰撞前后动量守恒，则有m1v1=-m1v1'+m2v2，联立解得3m1=-m1+2m2，
化简得2m1=m2。

展开更多......

收起↑