2021 届高考物理一轮复习力学实验专项训练（八） 实验：验证动量守恒定律 1.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） 2.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)为保证实验成功,两球的质量关系必须满足 m1 ________ m2 (选填“大于”“等于”或“小于”)； (2)下列说法中符合本实验要求的是_________(填选项前面的字母)； A.安装轨道时,斜槽轨道的末端必须水平 B.斜槽轨道必须光滑 C.在同一组实验的多次碰撞中,每次入射小球必须从斜槽的同一高度由静止释放 D.需要测量小球从斜槽末端抛出时距地面的高度 H E.需要分别找出入射小球、被碰小球相碰后落地点的平均位置 M 、N (3)若 (用 P 为未放置被碰小球时入射小球落点的平均位置，则关系式______________________ m1、m2 及图中字母表示)成立，即表示碰撞中动量守恒。 3.如图为验证动量守恒定律的实验装置，实验中选取两个半径相同、质量不等的小球，按 下面步骤进行实验： ① 用天平测出两个小球的质量分别为 m1 和 m2 ② 安装实验装置，将斜槽 AB 固定在桌边，使槽的末端切线水平，再将一斜面 BC 连接在斜 槽末端； ③ 先不放小球 m2 ， 让 小 球 从 斜 槽 顶端 A 处由静止释放，标记小球在斜面上的落点位置 P; ④ 将小球 m2 放在斜槽末端 B 处 ， 仍 让 小 球 生碰撞，分别标记小球 m1 ， m2 m1 从斜槽顶端 A处由静止释放，两球发 在 斜 面 上的落点位置； P N 点是实验过程中 ⑤ 用毫米刻度尺测出各落点位置到斜槽末端 B 的距离。图中从 M 、、 P N 到 B 点的距离分别为 记下的小球在斜面上的三个落 点 位 置 ， 从 M 、、 sM 、、 s p sN 。依据上述实验步骤，请回答下面问题： （1）两小球的质量 m1 , m2 应满足 m1 __________ (选填“>”“=”或“<”) m2 。 （2）若进行实验，以下所提供的测量工具中必需的是________。 A.直尺 B.游标卡尺 D.弹簧秤 E.秒表 C.天平 （3）用实验中测得的数据来表示，只要满足关系式___________，就能说明两球碰撞前后 动量是守恒的。 4.在验证动量守恒定律实验中，实验装置如图所示， a、b 是两个半径相等的小球，按照以 下步骤进行操作。 A．在木板表面钉上白纸和复写纸，并将该木板在紧靠槽口处竖直放置，使小球 a 从斜槽 轨道上固定点处由静止释放，撞到木板并在白纸上留下痕迹 O ； B．将木板水平向右移动一定距离并固定，再使小球 a 从固定点处由静止释放，撞到木板 上得到痕迹 B ； b a C．把小球 静止放在斜槽轨道水平段的最右端，让小球 仍从固定点处由静止释放，和 b A C 小球 相碰后，两球撞在木板上得到痕迹 和 。 (1)为了保证在碰撞过程中小球 m2 a 不反弹， a、b 两球的质量 m1、m2 间的关系是 m1 ________ (选填“大于”、“小于”或“等于”)。 (2)完成本实验，必须测量的物理量有________。 A．小球 a 开始释放的高度 h B．木板水平向右移动的距离 C．小球 D． O a l b m1、m2 和小球 的质量 点分别到 A、、 B C 三点的距离 y1、、 y2 y3 5.某实验小组利用如图所示的装置验证“碰撞过程中的动量守恒”和探究“碰撞过程中的动能 是否守恒”。水平的气垫导轨上有两滑块 A、B ，滑块 A d 上有宽度为 的遮光板;滑块 B 上固定一支架，支架上水平固定一内壁光滑左侧开口的细薄金属直管，金属管右侧用金属 板封闭，管内靠近金属板处静置一金属小球◦气垫导轨通气后，利用右侧挡板上的弹射装 置将滑块 碰后滑块 t2 ,滑块 B A B 向左弹出，测得滑块 A t1 B 第一次经过光电门的时间为 ,后与静止的滑块 相碰， 和小球一起向左滑动，滑块 A 向右运动。滑块 A 第二次通过光电门的时间为 与左侧挡板刚接触时，立即被安装的锁止装置锁止，同时金属管中的小球沿管壁 飞出，落在水平地面上的 质量鹎、滑块 B O 点（图中未画出）。用天平称量出滑块 (包括支架、金属管）的总质量 g 。请回答以下问题： M 、小球的质量 A m (包括遮光板）的总 ，重力加速度为 （1）除了题中已给出的物理量，还需用刻度尺测出的物理量及符号是_________。 （2）小球离开金属管口时的速度大小为__________(用题中已知和（1)问中物理量符号表 示）。 （3）要验证碰撞过程中的动量守恒，本实验需要验证的表达式为_________。 （4）要进一步探究碰撞过程中的动能是否守恒，需要比较表达式_________，与表达式___ ______在误差允许范围内是否相等。 6.用如图所示装置验证动量守恒定律，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。可以仅通过测量______（填选项 前的序号）间接地解决这个问题。 A．小球开始释放时的高度 h B．小球抛出点距地面的高度 H C．小球做平抛运动的水平位移 （2）在实验中，入射小球、被碰小球的质量分别为 m1 和 m2 ，关于 m1 和 m2 的大小，下列 关系正确的是( ) A． m1  m2 B． m1  m2 C． m1  m2 D．以上都可以 （3）若两球在碰撞前后动量守恒，需要验证的表达式为_________________。 7.某同学在实验室使用半径相同的两个小球，按如图实验装置来验证动量守恒定律。他的 主要实验操作如下： ①用天平测量 a、b 两球的质量 m1 和 m2； ②用游标卡尺测出两个小球的直径 d； ③用刻度尺测出轨道末端距离地面的高度 H； ④用重锤线标出小球抛出点在水平地面上的白纸上的竖直投影点 O； ⑤在白纸上面放好复写纸，先不放 b 球，把 a 球从斜槽轨道上 D 点由静止释放，落到复写 纸上，重复多次；再把 b 球放在斜槽轨道水平部分最右端，把 a 球仍从 D 点由静止释放， 和 b 球相碰后，两球分别落在复写纸上的不同位置，重复多次； ⑥ 用圆规在白纸上找到三个平均落点 M、P 和 N，并用刻度尺测量出图中的 OM、 OP 和 ON 的长度。 （1）上述实验操作中不必要的步骤是__________。 （2）如果满足关系式___________ ，则验证了系统碰撞过程中动量守恒。（用测量的物理 量表示） （3）实验测得：m1=30.0 g，m2=10.0 g， OM =16.10 cm， OP =30.30 cm， ON =40.60 cm。 则本实验的相对误差是_________ 。 (保留一位有效数字，相对误差为 碰撞前后总动量之差 ×100%) 碰前总动量 8.为了验证动量守恒定律(探究碰撞中的不变量),某同学选取了两个材质相同、体积不等的 立方体滑块 A 和 B,按下述步骤进行实验: 步骤 1:在 A、B 的相撞面分别装上尼龙拉扣,以便二者相撞以后能够立刻结为整体; 步骤 2:安装好实验装置如图甲,铝质轨道槽的左端是倾斜槽,右端是长直水平槽。倾斜槽和水 平槽由一小段弧连接,轨道槽被固定在水平桌面上,在轨道槽的侧面与轨道等高且适当远处装 一台数码频闪照相机; 步骤 3:让滑块 B 静置于水平槽的某处,滑块 A 从斜槽某处由静止释放,同时开始频闪拍摄,直 到 A、B 停止运动,得到一幅多次曝光的数码照片; 步骤 4:多次重复步骤 3,得到多幅照片,挑出其中最理想的一幅 ,打印出来,将刻度尺紧靠照片 放置,如图乙所示。 （1）由图分析可知,滑块 A 与滑块 B 碰撞发生的位置__________。 ①在 ②在 ③在 P5、P6 P6 之间 处 P6、P7 之间 （2）为了探究碰撞中动量是否守恒,需要直接测量或读取的物理量是__________。 ① A、B 两个滑块的质量 m1 和 m2 ② 滑块 A 释放时距桌面的高度 ③ 频闪照相的周期 ④ 照片尺寸和实际尺寸的比例 ⑤ 照片上测得的 ⑥ 照片上测得的 s45、s56 和 s67、s78 s34、、 s45 s56 和 s67、、 s78 s89 ⑦ 滑块与桌面间的动摩擦因数 写出验证动量守恒的表达式_______________。 (3)请你写出一条有利于提高实验准确度或改进实验原理的建议：__________________ 参考答案及解析 1.答案：（1）弹性球 1、2 的质量 （2） 2m1 a  h  2m1 b  h  m2 m1、m2 ；立柱高 h；桌面离水平地面的高度 H c H h 解析：（1）要验证动量守恒必须知道两球碰撞前后的动量变化，根据弹性球 1 碰撞前后的 高度为 a 和 b，由机械能守恒可以求出碰撞前后的速度，故只要再测量弹性球 1 的质量 m1 ， 就能求出弹性球 1 的动量变化；根据平抛运动的规律只要测出立柱高 h 和桌面离水平地面 的高度 H 就可以求出弹性球 2 碰撞前后的速度变化，故只要测量弹性球 2 的质量 m2 和立柱 高 h、桌面离水平地面的高度 H 就能求出弹性球 2 的动量变化。 （2）根据（1）的解析可以写出动量守恒的方程 2m1 a  h  2m1 b  h  m2 c H h 。 2.答案：(1)大于 (2)ACE (3) m1 � OP  m1 � OM 