2026届高考物理一轮复习模型解读与针对性训练实验8验证动量守恒定律(学生版+解析)

这是一份2026届高考物理一轮复习模型解读与针对性训练实验8验证动量守恒定律(学生版+解析)，共9页。
【实验解读】
一、教材实验解读
一、实验目的
1．会利用不同案例验证动量守恒定律。
2．知道在不同实验案例中要测量的物理量，会进行数据处理及误差分析。
二、实验原理与器材
1．实验原理
在一维碰撞中，测出物体的质量和碰撞前、后物体的速度，找出碰撞前的动量p＝m1v1＋m2v2及碰撞后的动量p′＝m1v1′＋m2v2′，看碰撞前后动量是否守恒。
2．实验器材
案例一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个)、重物、弹簧、细绳、弹性碰撞架、撞针、橡皮泥、游标卡尺等。
案例二：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
斜槽、小球(两个)、天平、复写纸、白纸、圆规、刻度尺、铅垂线等。
三、实验过程及数据处理
案例(一)：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
1．实验过程
(1)测质量：用天平测出滑块的质量。
(2)安装：正确安装好气垫导轨，如图所示。
(3)实验：接通电源，利用配套的光电计时装置测出两滑块各种情况下碰撞前后的速度。
(4)改变条件，重复实验
①改变滑块的质量；
②改变滑块的初速度大小和方向。
(5)验证：一维碰撞中的动量守恒。
2．数据处理
(1)滑块速度的测量：v＝eq \f(Δx,Δt)，式中Δx为滑块上挡光片的宽度(仪器说明书上给出，也可直接测量)，Δt为数字计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门的时间。
(2)验证的表达式：m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′。
案例(二)：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
1．实验过程
(1)测质量：用天平测出两小球的质量，并选定质量大的小球为入射小球。
(2)安装：按照如图甲所示安装实验装置，调整固定斜槽使斜槽底端水平。
(3)铺纸：白纸在下，复写纸在上且在适当位置铺放好。记下铅垂线所指的位置O。
(4)放球找点：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10次。用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面。圆心P就是小球落点的平均位置。
(5)碰撞找点：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[同步骤(4)中的高度]自由滚下，使它们发生碰撞，重复实验10次。用步骤(4)的方法，标出碰后入射小球落点的平均位置M和被撞小球落点的平均位置N，如图乙所示 。
学生用书第145页
(6)验证：连接ON，测量线段OP、OM、ON的长度。将测量数据代入m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，看在误差允许的范围内是否成立。
(7)整理：将实验器材放回原处。
2．数据处理
验证的表达式：m1·OP＝m1·OM＋m2·ON。
四、注意事项
1．前提条件：碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”。
2．案例提醒
(1)若利用气垫导轨进行验证，调整气垫导轨时，应确保导轨水平。
(2)若利用平抛运动规律进行验证：
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同一高度由静止释放。
③选质量较大的小球作为入射小球。
④实验过程中实验桌、斜槽、记录的白纸的位置要始终保持不变。
二、拓展创新实验
【高考启示】
高考实验题一般源于教材而不拘泥于教材，是在教材实验的基础上创设新情景。因此，要在夯实教材实验的基础上注意迁移和创新能力的培养，善于用教材中实验的原理、方法和技巧处理新问题。
实验装置创新
1、 在平抛实验仪末端固定一斜面，正碰的两个小球落在斜面上；
2、 在平抛实验仪水平槽末端相距一定距离处固定一竖直板，正碰的两个小球撞击到竖直板上；
3. 利用水平光滑导轨上两个滑块碰撞，利用频闪照相得到滑块频闪照片，从而确定滑块碰撞前后的速度。
4. 利用弹丸射中细线悬挂的沙包，验证动量守恒定律。
【高考典例】
【典例1】（2025高考广东卷）（8分）请完成下列实验操作和计算。
(1)在“长度的测量及其测量工具的选用”实验中，用螺旋测微器测量小球的直径，示数如图所示，读数 mm。
(2)实验小组利用小车碰撞实验测量吸能材料的性能，装置如图所示，图中轨道由轨道甲和乙平滑拼接而成，且轨道乙倾角较大。
①选取相同的两辆小车，分别安装宽度为1.00 cm的遮光条。
②轨道调节。
调节螺母使轨道甲、乙连接处适当升高。将小车在轨道乙上释放，若测得小车通过光电门A和B的 。证明已平衡小车在轨道甲上所受摩擦力及其他阻力。
③碰撞测试
先将小车1静置于光电门A和B中间，再将小车2在M点由静止释放，测得小车2通过光电门A的时间为t2，碰撞后小车1通过光电门B的时间为t1。若t2 t1，可将两小车的碰撞视为弹性碰撞。
④吸能材料性能测试。
将吸能材料紧贴于小车2的前端。重复步骤③。测得小车2通过光电门A的时间为10.00 ms，两车碰撞后，依次测得小车1和2通过光电门B的时间分别为15.00 ms、30.00 ms，不计吸能材料的质量，计算可得碰撞后两小车总动能与碰撞前小车2动能的比值为 （结果保留2位有效数字）。
【典例2】（2024·山东高考13题）在第四次“天宫课堂”中，航天员演示了动量守恒实验。受此启发，某同学使用如图甲所示的装置进行了碰撞实验，气垫导轨两端分别安装a、b两个位移传感器，a测量滑块A与它的距离xA，b测量滑块B与它的距离xB。部分实验步骤如下：
①测量两个滑块的质量，分别为200.0 g和400.0 g；
②接通气源，调整气垫导轨水平；
③拨动两滑块，使A、B均向右运动；
④导出传感器记录的数据，绘制xA、xB随时间变化的图像，分别如图乙、图丙所示。
回答以下问题：
（1）从图像可知两滑块在t＝ s时发生碰撞；
（2）滑块B碰撞前的速度大小v＝ m/s（保留2位有效数字）；
（3）通过分析，得出质量为200.0 g的滑块是 （选填“A”或“B”）。
【典例3】 (2023·辽宁卷，11)某同学为了验证对心碰撞过程中的动量守恒定律，设计了如下实验：用纸板搭建如图所示的滑道，使硬币可以平滑地从斜面滑到水平面上，其中OA为水平段。选择相同材质的一元硬币和一角硬币进行实验。
测量硬币的质量，得到一元和一角硬币的质量分别为m1和m2(m1＞m2)。将硬币甲放置在斜面上某一位置，标记此位置为B。由静止释放甲，当甲停在水平面上某处时，测量甲从O点到停止处的滑行距离OP。将硬币乙放置在O处，左侧与O点重合，将甲放置于B点由静止释放。当两枚硬币发生碰撞后，分别测量甲、乙从O点到停止处的滑行距离OM和ON。保持释放位置不变，重复实验若干次，得到OP、OM、ON的平均值分别为s0、s1、s2。
(1)在本实验中，甲选用的是________(填“一元”或“一角”)硬币；
(2)碰撞前，甲到O点时速度的大小可表示为________(设硬币与纸板间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g)；
(3)若甲、乙碰撞过程中动量守恒，则eq \f(\r(s0)－\r(s1),\r(s2))＝____________(用m1和m2表示)，然后通过测得的具体数据验证硬币对心碰撞过程中动量是否守恒；
(4)由于存在某种系统或偶然误差，计算得到碰撞前后甲动量变化量大小与乙动量变化量大小的比值不是1，写出一条产生这种误差可能的原因：_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
【典例4】.(2022·全国甲卷，23)利用如图5的实验装置对碰撞过程进行研究。让质量为m1的滑块A与质量为m2的静止滑块B在水平气垫导轨上发生碰撞，碰撞时间极短，比较碰撞后A和B的速度大小v1和v2，进而分析碰撞过程是否为弹性碰撞。完成下列填空：
图5
(1)调节导轨水平；
(2)测得两滑块的质量分别为0.510 kg和0.304 kg。要使碰撞后两滑块运动方向相反，应选取质量为________ kg的滑块作为A；
(3)调节B的位置，使得A与B接触时，A的左端到左边挡板的距离s1与B的右端到右边挡板的距离s2相等；
(4)使A以一定的初速度沿气垫导轨运动，并与B碰撞，分别用传感器记录A和B从碰撞时刻开始到各自撞到挡板所用的时间t1和t2；
(5)将B放回到碰撞前的位置，改变A的初速度大小，重复步骤(4)。多次测量的结果如下表所示；
(6)表中的k2＝________(保留2位有效数字)；
(7)eq \f(v1,v2)的平均值为________(保留2位有效数字)；
(8)理论研究表明，对本实验的碰撞过程，是否为弹性碰撞可由eq \f(v1,v2)判断。若两滑块的碰撞为弹性碰撞，则eq \f(v1,v2)的理论表达式为________________________(用m1和m2表示)，本实验中其值为____________(保留2位有效数字)，若该值与(7)中结果间的差别在允许范围内，则可认为滑块A与滑块B在导轨上的碰撞为弹性碰撞。
【针对性训练】
1.（2025·江苏扬州模拟）小明利用如图甲所示的碰撞实验器材研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系，从而验证动量守恒定律。
（1）为完成此实验，以下提供的测量工具中，多余的是 。
A.刻度尺 B.天平 C.秒表
（2）用螺旋测微器测量小球的直径D，测量结果如图乙所示，D＝ mm。
（3）下列说法中正确的是 。
A.入射小球A的质量应小于被碰小球B的质量
B.需要测量轨道末端到地面的高度
C.入射小球每次必须从同一位置静止释放
D.轨道末端可以不水平
（4）图甲中，点O是小球抛出点在水平地面上的竖直投影，实验时，先让质量为mA的小球A多次从斜轨上S处静止释放，找到其平均落点P，再把质量为mB的小球B静置于轨道末端，接着使小球A从S处静止释放，在水平段末端与小球B相碰，多次实验，找到小球A、B的平均落点M、N，测得距离OP、OM、ON，验证两球相碰前后动量守恒的表达式为 。（用题中物理量符号表示）
。
2．（6分） 某同学用如图所示的装置验证动量守恒定律。将斜槽轨道固定在水平桌面上，轨道末段水平，右侧端点在水平木板上的垂直投影为O，木板上叠放着白纸和复写纸。实验时先将小球a从斜槽轨道上Q处由静止释放，a从轨道右端水平飞出后落在木板上；重复多次，测出落点的平均位置P与O点的距离x，将与a半径相等的小球b置于轨道右侧端点，再将小球a从Q处由静止释放，两球碰撞后均落在木板上；重复多次，分别测出a、b两球落点的平均位置M、N与O点的距离、。
完成下列填空：
（1）记a、b两球的质量分别为、，实验中须满足条件______（填“>”或“