2021届高考物理考点练习20实验：验证动量守恒定律

考点20实验：验证动量守恒定律题组一基础与经典题

1．如图甲所示，在验证动量守恒定律实验时，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相碰并粘合成一体，继续做匀速运动，在小车A后连着纸带，电磁打点计时器的电源频率为50 Hz，长木板右端下面垫放小木片用以平衡摩擦力。

(1)若打点纸带如图乙所示，并测得各计数点间距(已标在图上)。A为运动起始的第一点，则应选________段来计算A的碰前速度，应选________段来计算A和B碰后的共同速度。(以上两空选填“AB”“BC”“CD”或“DE”)

(2)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。实验结论：______________________________________。(计算结果保留三位有效数字) 答案(1)BC DE(2)1.26 1.25在误差允许的范围内，碰撞前后系统动量守恒

解析(1)推动小车由静止开始运动，故小车有加速过程，在碰撞前做匀速直线运动，即在相同的时间内通过的位移相同，由纸带上的点迹规律可知BC段为匀速运动的阶段，故选BC段计算A碰前的速度；碰撞过程是一个变速运动的过程，而A和B碰后共同运动时做匀速直线运动，故在相同的时间内通过的位移相同，由以上分析可知应选DE段来计算A和B碰后的共同速度。

(2)由题图乙可知，BC＝31.50 cm＝0.3150 m，DE＝20.85 cm＝0.2085 m；碰前

A的速度：v1＝BC

t1

＝0.3150

5×0.02

m/s＝3.15 m/s，碰后A、B的共同速度：v2＝

DE

t2

＝0.2085

5×0.02

m/s＝2.085 m/s；碰前总动量：p1＝m1v1＝0.40×3.15 kg·m/s＝1.26 kg·m/s，碰后的

总动量：p 2＝(m 1＋m 2)v 2＝0.60×2.085 kg·m/s ≈1.25 kg·m/s ，由此可说明在误差允许的范围内，碰撞前后系统动量守恒。

2．用如图所示的装置可以验证动量守恒定律，在滑块A 和B 相碰的端面上装上弹性碰撞架，它们的上端装有等宽的挡光片。

(1)实验前需要调节气垫导轨水平：在轨道上只放滑块A ，轻推一下滑块A ，其通过光电门1和光电门2的时间分别为t 1、t 2，若t 1________(填“>”“＝”或“<”)t 2，则说明气垫导轨水平。

(2)滑块A 置于光电门1的左侧，滑块B 静置于两光电门间的某一适当位置。给A 一个向右的初速度，通过光电门1的时间为Δt 1，A 与B 碰撞后A 再次通过光电门1的时间为Δt 2，滑块B 通过光电门2的时间为Δt 3。为完成该实验，还必须测量的物理量有________。

A ．挡光片的宽度d

B ．滑块A 的总质量m 1

C ．滑块B 的总质量m 2

D ．光电门1到光电门2的间距L

(3)若滑块A 和B 在碰撞的过程中动量守恒，则应该满足的表达式为：________________________(用已知量和测量量表示)。

答案 (1)＝ (2)BC (3)m 11Δt 1＝m 21Δt 3－m 11Δt 2

解析 (1)当气垫导轨水平时，滑块A 在导轨上做匀速直线运动，所以滑块A 经过两光电门时用时相等，即t 1＝t 2。

(2)本实验需要验证动量守恒定律，所以在实验中必须要测量滑块A 、B 的总质量和碰撞前后的速度，速度可以根据挡光片的宽度和滑块通过光电门的时间求解，挡光片的宽度可以在数据处理的过程中消去，所以不需要测量挡光片的宽度，故选B 、C 。

(3)根据速度公式可知，碰前A 的速度大小为v 0＝d Δt 1

，碰后A 的速度大小为v 1＝d Δt 2，B 的速度大小为v 2＝d Δt 3

，设A 碰撞前的运动方向为正方向，根据动量守恒定律可知，应验证的表达式为：m 1v 0＝m 2v 2－m 1v 1，代入数据并化简可得：m 11Δt

1

＝m 21Δt 3－m 11Δt 2。 3．如图甲，某实验小组采用常规方案验证动量守恒定律。实验完成后，该小组又把水平木板改为竖直木板再次实验，如图乙所示。图中小球半径均相同、质量均已知，且m A >m B ，B 、B ′两点在同一水平线上。

(1)若采用图甲所示的装置，实验中还需要测量的物理量是________________。

(2)若采用图乙所示的装置，下列说法正确的是________。

A ．需要测量

B ′O 、BN 、BP 和BM 的距离

B ．需要测量B ′N 、B ′P 和B ′M 的距离

C ．若

m A B ′P ＝m A B ′M ＋m B B ′N ，则表明此碰撞动量守恒 D ．若m A B ′N ＝m A B ′M ＋m B B ′P

，则表明此碰撞动量守恒 答案 (1)OM 、OP 、ON 的距离 (2)BC

解析 (1)如果采用图甲所示装置，由于小球做平抛运动的时间相等，故可以用水平位移大小代替小球做平抛运动的初速度大小进行验证，即实验还需要测量OM 、OP 、ON 的距离。

(2)如果采用图乙所示装置，利用平抛的水平位移相等，根据下落的高度可确定飞行时间，从而根据高度可以表示出对应的水平速度，确定动量是否守恒，故不需要测量B ′O 、BN 、BP 和BM 的距离，需要测量B ′N 、B ′P 和B ′M 的距离，故A 错误，B 正确；小球碰后做平抛运动，水平初速度越大，打在竖直木板

上的位置越高，不放小球B 时A 的落点为P ，两球相碰后，A 、B 落点分别为M 和

N ，根据动量守恒定律有：m A v ＝m A v 1＋m B v 2，由x ＝v 0t 、y ＝12gt 2得v 0＝x

g 2y ∝1y

，故有：m A B ′P ＝m A B ′M ＋m B B ′N

，故C 正确，D 错误。 4．利用气垫导轨通过闪光照相进行“探究碰撞中的不变量”这一实验。实验要求研究两滑块碰撞时动能损失很小和很大等各种情况，若要求碰撞时机械能损失最大，应选图________(填“甲”或“乙”)，若要求碰撞时机械能损失最小，则应选图________(填“甲”或“乙”)。(甲图两滑块分别装有弹性圈，乙图两滑块分别装有撞针和橡皮泥)

(2)某次实验时碰撞前B 滑块静止，A 滑块匀速向B 滑块运动并发生碰撞，利用闪光照相的方法连续4次拍摄得到的闪光照片如图丙所示。已知相邻两次闪光的时间间隔为T ，在这4次闪光的过程中，A 、B 两滑块均在0～80 cm 的范围内，且第1次闪光时，滑块A 恰好位于x ＝10 cm 处。若A 、B 两滑块的碰撞时间及闪光持续的时间极短，均可忽略不计，则可知碰撞发生在第1次闪光后的________时刻，A 、B 两滑块的质量比m A ∶m B ＝________。

答案 (1)乙 甲 (2)2.5T 2∶3

解析 (1)乙图中由于装有撞针和橡皮泥，则两滑块相碰后成为一体，机械能的损失最大；而甲图中滑块装有弹性圈，二者碰后即分离，机械能的损失最小。

(2)由图丙可知，前两段闪光时间间隔内A 的位移相同，A 、B 不可能相碰；而由题意可知，B 开始时静止，而碰后B 一定向右运动，故B 开始时静止在60 cm 处，由此可知，在第1次闪光后的2.5T 时A 、B 发生碰撞；设碰前A 的速度大小

为v ，则碰后A 的速度大小为v 2，碰后B 的速度大小为v ，取向右为正方向，根据