高中物理高考 专题（30）实验七 验证动量守恒定律（原卷版）

2021年高考物理一轮复习必热考点整合回扣练

专题（30）实验七 验证动量守恒定律（原卷版）

考点一 　

1、如图，用“碰撞实验器”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)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________(填选项前的符号)，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

(2)图6中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影。实验时，先将入射球m1多次从斜轨上S位置由静止释放，找到其平均落地点的位置P，测量平抛射程OP。然后，把被碰小球m2静止于轨道的水平部分，再将入射小球m1从斜轨上S位置由静止释放，与小球m2相撞，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m1、m2

B．测量小球m1开始释放高度h

C．测量抛出点距地面的高度H

D．分别找到m1、m2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)经测定，m1＝45.0 g，m2＝7.5 g，小球落地点的平均位置距O点的距离如图7所示。碰撞前、后m1的动量分别为p1与p1′，则p1∶p1′＝________∶11；若碰撞结束时m2的动量为p2′，则p1′∶p2′＝11∶________。

实验结果说明，碰撞前、后总动量的比值为________。

2、用如图1所示的装置可以验证动量守恒定律。

(1)实验中质量为m1的入射小球和质量为m2的被碰小球的质量关系是m1______

m2。(选填“大于”“等于”或“小于”)

(2)图中O点是小球抛出点在地面上的投影。实验时，先让入射小球m1多次从斜轨上S位置静止释放，找到其平均落地点的位置P，测量平抛射程OP。然后，把被碰小球m2静置于轨道的水平部分，再将入射小球m1从斜轨上S位置静止释放，与小球m2相碰，并多次重复本操作。接下来要完成的必要步骤是___________。(填选项前的字母)

A.用天平测量两个小球的质量m1、m2

B.测量小球m1开始释放的高度h

C.测量抛出点距地面的高度H

D.分别通过画最小的圆找到m1、m2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)经过测定，m1=45.0 g，m2=7.5 g，小球落地的平均位置距O点的距离如图2所示。若用长度代表速度，则两球碰撞前“总动量”之和为_______g·cm，两球碰撞后“总动量”之和为_______g·cm。

(5)用如图3装置也可以验证碰撞中的动量守恒，实验步骤与上述实验类似。图中D、E、F到抛出点B的距离分别为LD、LE、LF。若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为___________。

A.m1LF=m1LD+m2LE

B.m1=m1+m2

C.m1=m1+m2

D.LE=LF-LD

3、如图所示，用“碰撞实验器”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)实验中直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的，但可以通过仅测量________(填正确选项前的字母)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．小球做平抛运动的射程

(2)图中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m1多次从斜轨上S位置静止释放，找到其平均落地点的位置P，测量平抛射程OP.然后，把被碰小球m2静置于轨道的水平部分，再将入射球m1从斜轨上S位置静止释放，与小球m2相碰，并多次重复．

接下来要完成的必要步骤是________．(填正确选项前的字母)

A．用天平测量两个小球的质量m1、m2

B．测量小球m1开始释放的高度h

C．测量抛出点距地面的高度H

D．分别找到m1、m2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、后动量守恒，其表达式可表示为____________________[用(2)中测量的量表示]；若碰撞是弹性碰撞，那么还应满足的表达式为__________________[用(2)中测量的量表示]．

【提 分 笔 记】

利用平抛运动做探究碰撞实验时应注意

(1)斜槽末端的切线必须水平；

(2)入射小球每次都必须从斜槽上同一位置由静止滚下；

(3)地面要水平，白纸铺好后，在实验过程中不能移动，否则会造成很大的误差；

(4)入射小球的质量应大于被碰小球的质量；

(5)小球的平均落点要用最小圆法来确定.

考点二

1．实验器材：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个)、弹簧片、胶布、撞针、橡皮泥等．

2．实验方法

(1)测质量：用天平测出两滑块的质量．

(2)安装：按图安装并调好实验装置．

(3)实验：接通电源，利用光电计时器测出两滑块在各种情况下碰撞前、后的速度(例如：①改变滑块的质量；②改变滑块的初速度大小和方向)．

(4)验证：一维碰撞中的动量守恒．

4、某同学欲采用课本上介绍的气垫导轨和光电计时器等器材进行“验证动量守恒定律”的实验．实验装置如图所示，下面是实验的主要步骤：

①安装好气垫导轨和光电门，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平

②测得A和B两滑块上遮光片的宽度均为d

③得到A、B两滑块(包含遮光片)的质量m1、m2

④向气垫导轨通入压缩空气

⑤利用气垫导轨左右的弹射装置，使滑块A、B分别向右和向左运动，测出滑块A、B在碰撞前经过光电门过程中挡光时间分别为Δt1和Δt2

⑥观察发现滑块A、B碰撞后通过粘胶粘合在一起，运动方向与滑块B碰撞前运动方向相同，此后滑块A再次经过光电门时挡光时间为Δt

试解答下列问题：

(1)碰撞前A滑块的速度大小为________，碰撞前B滑块的速度大小为____________．

(2)为了验证碰撞中动量守恒，以vB为正方向需要验证的关系式是____________________________(用题中物理量表示)．

(3)有同学认为利用此实验装置还能计算碰撞过程中损失的机械能．请用上述实验过程测出的相关物理量，表示出A、B系统在碰撞过程中损失的机械能ΔE＝__________________.

5、如图所示是用来验证动量守恒的实验装置，弹性球1用细线悬挂于O点，O点下方桌子的边缘有一竖直立柱．实验时，调节悬点，使弹性球1静止时恰与立柱上的球2右端接触且两球等高．将球1拉到A点，并使之静止，同时把球2放在立柱上．释放球1，当它摆到悬点正下方时与球2发生对心碰撞，碰后球1向左最远可摆到B点，球2落到水平地面上的C点．测出有关数据即可验证1、2两球碰撞时动量守恒．现已测出A点离水平桌面的距离为a、B点离水平桌面的距离为b、C点与桌子边沿间的水平距离为c.此外：

(1)还需要测量的量是________________、________________和________________．

(2)根据测量的数据，该实验中动量守恒的表达式为________________．(忽略小球的大小)

6、“枪支比动能e0”是反映枪支威力的一个参数，已知e0=，式中E0是子弹离开枪口时的动能，S是子弹的横截面积(若子弹是球形，则S是过球心的截面圆面积)。“J2136冲击摆实验器”是物理实验中的实验器材，可以用来测量弹簧枪的比动能e0，如图甲所示，左侧是可以发射球形子弹的弹簧枪，中间立柱上悬挂小摆块，摆块一般用塑料制成，正对枪口处有一水平方向的锥形孔(使弹丸容易射入并与摆块结合为一体)。摆块摆动的最大角θ可由刻度盘读出。(重力加速度大小为g)

(1)用游标卡尺测量子弹直径，测量结果如图乙所示，子弹的直径d=_______mm。

(2)实验开始之前，必须测量的物理量为子弹直径d以及_______和_______。(写出物理量及其表示字母)；

(3)实验步骤如下：

①将冲击摆实验器放在桌上，调节底座上的调平螺丝，使底座水平；

②再调节支架上端的调节螺丝，改变悬线的长度，使摆块的孔洞跟枪口正对，并且使摆块右侧与0刻度对齐；

③此时用刻度尺测量出摆长L；

④扣动弹簧枪扳机，打出子弹，记录下摆块的最大摆角；

⑤多次重复实验，计算出摆块最大摆角的平均值θ；

⑥处理实验数据，得出实验结论。

(4)子弹的发射速度为v0=_______，弹簧枪的比动能为e0=_______。(用已知量和测量量的字母表示)；

(5)由于存在系统误差，使得测量值_______理论值。(选填“大于”“小于”或“等于”)

7、（2020·新课标Ⅰ卷）某同学用如图所示的实验装置验证动量定理，所用器材包括：气垫导轨、滑块（上方安装有宽度为d的遮光片）、两个与计算机相连接的光电门、砝码盘和砝码等。

实验步骤如下：

（1）开动气泵，调节气垫导轨，轻推滑块，当滑块上的遮光片经过两个光电门的遮光时间________时，可认为气垫导轨水平；

（2）用天平测砝码与砝码盘的总质量m1、滑块（含遮光片）的质量m2；

（3）用细线跨过轻质定滑轮将滑块与砝码盘连接，并让细线水平拉动滑块；

（4）令滑块在砝码和砝码盘的拉动下从左边开始运动，和计算机连接的光电门能测量出遮光片经过A、B两处的光电门的遮光时间Δt1、Δt2及遮光片从A运动到B所用的时间t12；

（5）在遮光片随滑块从A运动到B的过程中，如果将砝码和砝码盘所受重力视为滑块所受拉力，拉力冲量的大小I=________，滑块动量改变量的大小Δp=________；（用题中给出的物理量及重力加速度g表示）

（6）某次测量得到的一组数据为：d=1.000 cm，m1=1.5010-2 kg，m2=0.400 kg，△t1=3.90010-2 s，Δt2=1.27010-2 s，t12=1.50 s，取g=9.80 m/s2。计算可得I=________N·s，Δp=____ kg·m·s-1；（结果均保留3位有效数字）

（7）定义，本次实验δ=________%（保留1位有效数字）。

8、为了“验证动量守恒定律”．图甲所示的气垫导轨上放着两个滑块，滑块A的质量为500 g，滑块B的质量为200 g．每个滑块的一端分别与穿过打点计时器的纸带相连，两个打点计时器的频率均为50 Hz.调节设备使气垫导轨正常工作后，接通两个打点计时器的电源，并让两个滑块以不同的速度相向运动，碰撞后粘在一起继续运动．图乙分别为A、B纸带上选取的计数点，每两个计数点之间还有四个点没有画出．

(1)判断气垫导轨是否处于水平，下列措施可行的是________(填正确选项前字母)．

A．将某个滑块轻放在气垫导轨上，看滑块是否静止

B．让两个滑块相向运动，看是否在轨道的中点位置碰撞

C．给某个滑块一个初速度，看滑块是否做匀速直线运动

D．测量气垫导轨的两个支架是否一样高

(2)根据图乙提供的纸带，计算碰撞前两滑块的总动量大小p1＝________kg·m/s；碰撞后两滑块的总动量大小为p2＝________kg·m/s.多次实验，若碰撞前后两滑块的总动量在实验误差允许的范围内相等，则动量守恒定律得到验证．(结果保留两位有效数字)

9、如图所示，气垫导轨是常用的一种实验仪器．它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫，使滑块悬浮在导轨上，滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦．我们可以用带竖直挡板C、D的气垫导轨以及滑块A、B来验证动量守恒定律，实验装置如图所示(弹簧的长度忽略不计)，采用的实验步骤如下：

(a)用天平分别测出滑块A、B的质量mA、mB；

(b)调整气垫导轨，使导轨________________；

(c)在滑块A、滑块B间放入一个被压缩的轻弹簧，用电动卡销锁定，静止放置在气垫导轨上；

(d)用刻度尺测出滑块A的左端至板C的距离L1，B的右端至板D的距离L2；

(e)按下电钮放开卡销，同时使分别记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作，当滑块A、B分别碰撞挡板C、D时停止计时，记下滑块A、B分别到达挡板C、D的运动时间t1和t2.

(1)步骤(b)补充完整________________．

(2)利用上述测量的实验数据，验证动量守恒定律的表达式是______________________．

(3)利用上述实验数据还能测出被压缩弹簧的弹性势能的大小，请写出表达式：________________.

10、同学借用验证动量守恒定律的实验装置(如图所示)验证弹性碰撞，斜面底端用光滑小圆弧与水平桌面相连，实验中使用半径相等的弹性小球1和2，且小球1的质量大于小球2的质量．

实验步骤如下：

安装好实验装置，做好测量前的准备．

第一步：先将木板竖直固定于斜槽前端边缘处的C点，且板面与桌面垂直，在木板上记下置于C点小球的位置O，然后将木板向右平移适当的距离，并固定．

第二步：不放小球2，让小球1从斜槽上A点由静止滚下，并撞在木板上．重复多次，用尽可能小的圆把小球的所有落点圈在里面，其圆心就是小球落点的平均位置．

第三步：把小球2放在斜槽前端边缘处的C点，让小球1从A点由静止滚下，使它们碰撞，重复多次，并使用与第二步同样的方法分别标出碰撞后两小球落点的平均位置．

第四步：用刻度尺分别测量三个落点的平均位置离O点的距离，即线段OM、OP、ON的长度．

回答下列问题：

(1)若木板到C点的距离为x，小球落点到O点的距离为y，重力加速度为g，则小球做平抛运动的初速度v0＝____________.

(2)上述实验中P点是__________________的平均位置，N点是__________________的平均位置，M点是__________________的平均位置．

(3)用测量的物理量写出表示验证弹性碰撞的表达式为__________________．

11、某同学用如图1所示的装置探究碰撞中的不变量，实验开始前在水平放置的气垫导轨左端装一个弹射装置，滑块碰到弹射装置时将被锁定，打开控制开关，滑块可被弹射装置向右弹出。滑块甲和滑块乙上装有相同宽度的挡光片，在滑块甲的右端和滑块乙的左端装上了弹性碰架(图中未画出)，可保证在滑块碰撞过程中能量损失极小。开始时，滑块甲被弹射装置锁定，滑块乙静置于两个光电门之间。

(1)该同学用游标卡尺测量挡光片的宽度d如图2所示，则d=_______cm。

(2)为使碰撞后两个滑块能够先后通过光电门2，则选用下列哪组滑块能使实验效果更好_______。

A.m甲=50 g，m乙=50 g

B.m甲=100 g，m乙=50 g

C.m甲=50 g，m乙=100 g

(3)某次实验时，该同学记录下滑块甲(质量为m甲)通过光电门1的时间为t1，滑块乙(质量为m乙)通过光电门2的时间为t2，滑块甲通过光电门2的时间为t3，根据实验器材等测量条件确定误差范围。

①只要等式　成立，

则可说明碰撞过程中动量守恒；

②只要等式　成立，

则可说明这次碰撞为弹性碰撞。

(注：以上2个等式必须用题目中所给的字母表示)