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（解析版）.docx

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1、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（解析版）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hB小球抛出点距地面的高度HC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

2、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、m2B测量小球m1开始释放高度hC测量抛出点距地面的高度HD分别找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、NE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，m145.0 g，m27.5 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p1p1_11；若碰撞结束时m2的动量为p2，则p1p211_。实验结果说明，碰撞前、后总动量的比值为_。【答案】(1)C(2)ADE(3)m1

3、83;OMm2·ONm1·OP(4)142.91.01【解析】(1)小球离开轨道后做平抛运动，由Hgt2知t，即小球的下落时间一定，则初速度v可用平抛运动的水平射程来表示，选项C正确。(2)本实验要验证的是m1·OMm2·ONm1·OP，因此要测量两个小球的质量m1和m2以及它们的水平射程OM和ON，而要确定水平射程，应先分别确定两个小球落地的平均落点，没有必要测量小球m1开始释放的高度h和抛出点距地面的高度H。故应完成的步骤是ADE。(3)若动量守恒，应有m1v1m2v2m1v0(v0是m1单独下落离开轨道时的速度，v1、v2是两球碰后m1、

4、m2离开轨道时的速度)，又v，则有m1·m2·m1·，即m1·OMm2·ONm1·OP。(4)碰前m1的动量p1m1v0m1·，碰后m1的动量p1m1v1m1·，则p1p1OPOM1411；碰后m2的动量p2m2v2m2·，所以p1p2(m1·OM)(m2·ON)112.9；碰撞前、后总动量的比值1.01。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

5、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、m2B.测量小球m1开始释放的高度hC.测量抛出点距地面的高度HD.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、NE.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

6、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+m2LEB.m1LE2=m1LD2+m2LF2C.m1LE=m1LD+m2LFD.LE=LF-LD【答案】(1)大于(2)A、D、E(3)m1OP=m1OM+m2ON(4)2 0162 001(5)C【解析】(1)为防止碰撞后入射球反弹，实验中质量为m

7、1的入射小球和质量为m2的被碰小球的质量关系是m1大于m2。(2)如果碰撞过程系统动量守恒，以水平向右为正方向，由动量守恒定律得：m1v1=m1v2+m2v3，小球离开轨道后做平抛运动，它们抛出点的高度相等，在空中的运动时间t相等，上式两边同时乘以t得：m1v1t=m1v2t+m2v3t，得：m1OP=m1OM+m2ON，实验需要测量：两球的质量、两球落点的水平位移，故选：A、D、E；(3)由(2)可知，实验需要验证的表达式为：m1OP=m1OM+m2ON；(4)两球碰撞前的动量之和：p=m1OP=45.0×44.80=2 016 g·cm，碰撞后的总动量：p=m1OM+m

8、2ON=45.0×35.20+7.5×55.60=2 001 g·cm；(5)设斜面的倾角为，小球离开平台后做平抛运动，水平方向：Lcos=vt，竖直方向：Lsin=12gt2，解得，小球做平抛运动的初速度：v=cos，则：v1=cos，v2=cos，v3=cos，由动量守恒定律得：m1v1=m1v2+m2v3，则：m1LE=m1LD+m2LF，故选：C。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

9、开始释放的高度hB小球抛出点距地面的高度HC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、m2B测量小球m1开始释放的高度hC测量抛出点距地面的高度HD分别找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、NE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

10、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【答案】(1)C(2)ADE(3)m1·OMm2·ONm1·OPm1·OM2m2·ON2m1·OP2【解析】(1)小球离开轨道后做平抛运动，由Hgt2知t，即小球的下落时间一定，则速度v可用平抛运动的水平射程来表示，选项C正确(2)本实验要验证的是m1·OMm2·ONm1·OP，因此要测量两个小球的质量m1和m2以及它们的水平射程OM和ON，而要确定水平射程，应先分别确定两个小球落地的平均落点，没有必要测量小球m1开始释放的高度h和抛出点距地面的

11、高度H，故应完成的步骤是ADE.(3)若动量守恒，应有m1v1m2v2m1v0(v0是m1单独下落时离开轨道时的速度，v1、v2是两球碰后m1、m2离开轨道时的速度)，又v，则有m1·m2·m1·，即m1·OMm2·ONm1·OP；若碰撞是弹性碰撞，则碰撞过程中没有机械能损失，则有m1vm2vm1v，同样整理可得m1·OM2m2·ON2m1·OP2.【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

12、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：改变滑块的质量；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：安装好气垫导轨和

13、光电门，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平测得A和B两滑块上遮光片的宽度均为d得到A、B两滑块(包含遮光片)的质量m1、m2向气垫导轨通入压缩空气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t1和t2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t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

14、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E_.【答案】(1) (2) (3)【解析】(1)碰撞前A滑块的速度大小为vA，碰撞前B滑块的速度大小为vB.(2)为了验证碰撞中动量守恒，需要验证关系式mBvBmAvA(mBmA)v，其中碰后的共同速度v，代入可得：.(3)A、B系统在碰撞过程中损失的机械能EmAvmBv(mAmB)v2，代入可得：E.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

15、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)【答案】(1)弹性球1、2的质量m1、m2立柱高度h桌面离水平地面的高度H(2)2m12m1m2【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

16、，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2m12m1m2.6、“枪支比动能e0”是反映枪支威力的一个参数，已知e0=E0S，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

17、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：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；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；此时用刻度尺测量出摆长L；扣动弹簧枪扳机，打出子弹，记录下摆块的最大摆角；多次重复实验，计算出摆块最大摆角的平均值；处理实验数据，得出实验结论

18、。(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”)【答案】(1)10.52(2)子弹质量m摆块质量M (4) (5)小于【解析】(1)主尺读数为1.0 cm，游标读数为0.02×26=0.52 mm，所以最终读数为10 mm+0.52 mm=10.52 mm；(2)本实验中要确定子弹的动能，所以在实验前应先测量出子弹的质量m和摆块的质量M；(4)根据机械能守恒定律可知， (m+M)gL(1-cos)=12(M+m)v2根据动量守恒定律可知：mv0=(M+m)v，联立

19、解得：子弹的速度为：v0=；根据比动能的定义式可知：e0=E0S，E0=12mv02，截面积S=14d2，解得比动能e0=；(5)由于摆块在运动中存在空气阻力做功，因此求出的子弹的速度偏小，故测量值一定小于真实值。7、（2020·新课标卷）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

20、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t1、t2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p=_；（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，t2=1.27010-2 s，t12=1.50 s，取g=9.80 m/

21、s2。计算可得I=_N·s，p=_ kg·m·s-1；（结果均保留3位有效数字）（7）定义，本次实验=_%（保留1位有效数字）。【答案】大约相等 m1gt12 0.221 0.212 4【解析】（1）当经过A,B两个光电门时间相等时，速度相等，此时由于阻力很小，可以认为导轨是水平的。（5）由I=Ft，知， 由知。（6)代入数值知，冲量，动量改变量。（7）。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

22、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

23、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)【答案】(1)AC(2)0.280.28【解析】(1)判断气垫导轨是否处于水平的措施是：将某个滑块轻放在气垫导轨上，看滑块是否静止；或者给某个滑块一个初速度，看滑块是否做匀速直线运动，故选项A、C正确，选项B、D错误(2)根据纸带可求解A、B两滑块碰前的速度分别为vA m/s0.80 m/svB m/s0.60 m/s碰后速度：v共 m/s0.40 m/s取向右的方向为正方向碰前总动量：p1mAvAmBvB0.5×0.80 kg·m/s0.2×0.60 kg·m/s0.28 kg·m/s碰

24、后总动量：p2(mAmB)v共0.7×0.40 kg·m/s0.28 kg·m/s因p1p2，故动量守恒定律得到验证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

25、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：_.【答案】(1)处于水平(2)mAmB0 (3)EpmAmB【解析】(1)为保证A、B作用过程中系统动量守恒，应调整气垫导轨，使导轨水平(2)弹簧恢复原长后，A、B做匀速直线运动，A的速度大小为vA，B的速度大小为vB，

26、以向左的方向为正方向，由动量守恒定律得，mAvAmBvB0，由以上各式解得，mAmB0.(3)由能量守恒定律得，被压缩弹簧的弹性势能EpmAvmBvmAmB.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

27、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_【答案】(1)x(2)在实验的第二步中小球1落点小球1与小球2碰撞后小球1

28、落点小球2落点(3)【解析】(1)由平抛运动规律得，xv0t，ygt2，由以上两式解得v0x.(2)设碰前小球1的速度大小为v1，碰后小球1的速度大小为v1，小球2的速度大小为v2，因为小球1的质量大于小球2的质量，则v2>v1>v1，小球的水平位移相等，由xvt知，t2<t1<t1，由ygt2知，y2<y1<y1，故P点是在实验的第二步中小球1落点的平均位置，N点是小球1与小球2碰撞后小球1落点的平均位置，M点是小球2落点的平均位置(3)由v0x知，v1x，v2x，v1x，根据动量守恒定律得m1v1m1v1m2v2，由机械能守恒定律得m1vm1v12m2v

29、，由以上各式解得 .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 gB.m甲=100 g，m乙=50 g

30、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。只要等式成立，则可说明碰撞过程中动量守恒；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)【答案】(1)2.145(2)B (3)m甲dt1=m甲dt3+m乙dt2 m甲(dt1)2=m甲(dt3)2+m乙(dt2)2【解析】(1)游标卡尺的主尺读数为21 mm，游标读数为0.05×9 mm=0.45 mm，则最终读数为21.45 mm=2.145 cm；(2)为使碰撞后两个滑块能够先后通过光电门2，所以入射滑块不能反弹，所以应用质量较大的滑块去碰质量较小的滑块，故选B；(3)滑块经过光电门的速度分别为：v1= dt1，v2=dt2，v3=dt3。设甲的初速度方向为正方向，则由动量守恒定律有：m甲v1=m甲v3+m乙v2；代入速度公式则有：m甲dt1=m甲dt3+m乙dt2；要保证为弹性碰撞，碰撞前后机械能守恒，则有：12m甲(dt1)2=12m甲(dt3)2+12m乙(dt2)2；即m甲(dt1)2=m甲(dt3)2+m乙(dt2)2成立，即说明为弹性碰撞。