2023届高考物理一轮复习知识点精讲与2022高考题模考题训练专题46验证动量守恒定律实验(含详解)

方案三：把两小球的质量和相应的数值代入m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，看是否成立。
【误差分析】
1．系统误差
主要来源于装置本身是否符合要求，即：
(1)碰撞是否为一维碰撞。
(2)实验是否满足动量守恒的条件：如气垫导轨是否水平，两摆球是否等大，长木板实验是否平衡掉摩擦力。
2．偶然误差
主要来源于质量m和速度v的测量。
（3）实验结论为：在误差允许的范围内，______。
2.（2022湖北十堰四模）某学习小组利用如图甲所示的装置验证动量守恒定律。挡板左侧从左到右依次固定复写纸、白纸，白纸上的O点与轨道末端的B点等高，入射小球1、被碰小球2的半径相同，质量分别为 、 。主要实验步骤如下：
①将球1从斜槽上S处由静止释放，球1从轨道末端B飞出后打到挡板上，多次从S处由静止释放球1；
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.小球开始释放的高度h
B.小球抛出点距地面的高度H
C.小球平抛运动的水平射程
②图乙中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，测量平抛水平射程 。然后，把被碰小球m2静置于水平轨道末端，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___________。（填选项前的符号）
接下来要完成的必要步骤是(填选项的符号)
A.用天平测量两个小球的质量 、
B.测量小球 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 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）；
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）。
若实验允许的相对误差绝对值（│ │×100%）最大为5℅，本实验是否在误差范围内验证了动量守恒定律？写出运算过程。
实验允许的相对误差绝对值比较，得出结论。4．（2011·北京）如图甲，用“碰撞试验器”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（填选项前的序号），间接地解决这个问题
利用图示的实验装置对碰撞过程进行研究。让质量为 的滑块A与质量为 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 和 ，进而分析碰撞过程是否为弹性碰撞。完成下列填空：
（1）调节导轨水平．
（2）测得两滑块的质量分别为 和 。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。
④经测定， ，小球落地点的平均位置距Ｏ点的距离如图21-2乙所示。
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
⑤有同学认为，在上述实验中仅更换两个小球的材质，其它条件不变，可以使被撞小球做平抛运动的射程增大。请你用④中已知的数据，分析和计算出被撞小球m2平抛运动射程ON的最大值为cmp1∶p1’=14∶11p1‘∶p2‘=11∶
【实验器材】
方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验
气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个)、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥。
方案二：在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验
光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥。
方案三：利用等大小球做平抛运动完成一维碰撞实验
斜槽、大小相等质量不同的小球两个、重锤线一条、白纸、复写纸、天平、刻度尺、圆规、三角板。
A的质量/kg
B的质量/kg
碰撞前A的速度大小/（ ）
碰撞后A的速度大小/（ ）
碰撞后B的速度大小/（ ）
0.200
0.300
1.010
0.200
0.800
由表中数据可知，碰撞后小车A、B所构成系统的总动量大小是_______kg·m/s。（结果保留3位有效数字）
3.（2014·全国新课标理综II）利用图（a）所示的装置验证动量守恒定律。在图（a）中，气垫导轨上有A、B两个滑块，滑块A右侧带有一弹簧片，左侧与打点计时器（图中未画出）的纸带相连；滑块B左侧也带有一弹簧片，上面固定一遮光片，光电计时器（未完全画出）可以记录遮光片通过光电门的时间。
方案二：在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验
1．测质量：用天平测出两小车的质量。
2．安装：将打点计时器固定在光滑长木板的一端，把纸带穿过打点计时器，连在小车的后面，在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥，如图所示。
3．实验：接通电源，让小车A运动，小车B静止，两车碰撞时撞针插入橡皮泥中，把两小车连接成一体运动。
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hC.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.测量两小球相碰后平抛水平射程 、
③本实验中只要关系式___________成立，即说明两球碰撞过程中动量守恒（请在m1、m2、h、H、 、 、 中选取合适的字母表示）。
第三部分最新模拟题精选
1.(2022四川成都三模)一实验小组用图（a）所示装置验证动量守恒定律。装置中，小车P前端有橡皮泥，后端连着纸带，纸带穿过打点周期为0.02s的打点计时器。
（1）在长木板右端下面放垫块的目的是______。
（2）放垫块并达成目的后，接通电源，轻推小车P使之运动，P运动一段时间后，与静止的小车Q相碰，碰后两车粘合在一起继续运动，两车碰撞前后打出的纸带如图（b）所示。测得小车P（包括橡皮泥）的质量 ，小车Q的质量 。由以上数据求得两车组成的系统碰前总动量为______ ，碰后总动量为______ （结果保留3位小数）。
再现实验·重视过程——看过程注重数据
【实验步骤】
方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验
1．测质量：用天平测出滑块质量。
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(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。
（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 与B的右端到右边挡板的距离 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 和 。
（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。
②将球2静置于B点，再将球1从S处由静止释放，两球碰撞后均打到挡板上，多次重复实验；
③确定落点的平均位置N、P、M（其中P点是未放球2时，球1落点的平均位置），用毫米刻度尺测得ON、OP、OM的长度分别为 、 、 。
（1）下列做法中，必须完成的是___________。
A．轨道SA抹上润滑油B．将轨道AB调成水平C．挡板竖直固定
（2）用游标卡尺测量球1的直径d时，游标卡尺的示数如图乙所示，则d=___________mm。
（3）若在实验误差允许范围内满足等式___________（用相关物理量 符号表示），则两球在碰撞过程中动量守恒。
3.（2022天津河东二模）如图甲所示，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。
7．过O和N在纸上作一直线。8．用刻度尺量出线段OM、OP、ON的长度。
【数据处理】
方案一：滑块速度的测量：v＝ ，式中Δx为滑块挡光片的宽度(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。
方案二：小车速度的测量：v＝ ，式中Δx是纸带上两计数点间的距离，可用刻度尺测量，Δt为小车经过Δx的时间，可由打点间隔算出。
3．在地上铺一张白纸，在白纸上铺放复写纸。
4．在白纸上记下重锤线所指的位置O，它表示入射球m1碰前的位置。
5．先不放被碰小球，让入射小球从斜槽上同一高度处滚下，重复10次，用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面，圆心就是入射小球发生碰撞前的落地点P。
6．把被碰小球放在斜槽的末端，让入射小球从同一高度滚下，使它发生正碰，重复10次，仿上一步骤求出入射小球落地点的平均位置M和被碰小球落地点的平均位置N。
4．测速度：通过纸带上两计数点间的距离及时间由v＝ 算出速度。
5．改变条件：改变碰撞条件，重复实验。
6．验证：一维碰撞中的动量守恒。
方案三：利用等大小球做平抛运动完成一维碰撞实验
1．先用天平测出小球质量m1、m2。
2．按如图所示安装好实验装置，将斜槽固定在桌边，使槽的末端点切线水平，调节实验装置使两小球碰时处于同一水平高度，且碰撞瞬间入射小球与被碰小球的球心连线与轨道末端的切线平行，以确保正碰后的速度方向水平。
2（2022年1月浙江选考）“探究碰撞中的不变量”的实验装置如图所示，阻力很小的滑轨上有两辆小车A、B，给小车A一定速度去碰撞静止的小车B，小车A、B碰撞前后的速度大小可由速度传感器测得。
①实验应进行的操作有_______。
A．测量滑轨的长度
B．测量小车的长度和高度
C．碰撞前将滑轨调成水平
②下表是某次实验时测得的数据：
1
2
3
4
5
0.490.671.来自11.221.39
0.15
0.21
0.33
0.40
0.46
0.31
0.33
0.33
0.33
（6）表中的 ________（保留2位有效数字）。
（7） 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 判断。若两滑块的碰撞为弹性碰撞，则 的理论表达式为_______（用 和 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。