【备战2023高考】物理总复习——7.4《实验八：验证动量守恒定律》练习（全国通用）

专题7.4 实验八：验证动量守恒定律

1．如图甲所示，在验证动量守恒定律”实验中，P为入射球A未与被碰球B碰撞时的落点。

（1）己知小球A的质量m1和小球B的质量m2，用甲图中标出的符号列出验证动量守恒的表达式为___________。

（2）若A球质量为m1=50g，两小球发生正碰前后的位移-时间（s-t）图像如图乙所示，则小球B的质量为m2=___________g。

（3）实验时调节A球下落高度，让A球以一定速度v与静止的B球发生正碰，碰后测得两球动量正好相等，则A、B两球的质量之比应满足___________。

2．用如图所示的装置来验证动量守恒定律，安装实验仪器，满足两个小球碰撞过程中动量守恒的条件，结合装置图，并回答下列问题：

（1）按图所示安装实验仪器，通过______使斜槽末端处于水平，钢球轻放在上面能保持______；

（2）用______测量入射小球的质量、靶球的质量，两个小球的质量要满足______（填“＞”“＝”或“＜”）；

（3）每次都要控制入射球从______的高度自由滑下，用重锤线在白纸上分别标注斜槽的水平端口O和靶球的初位置（支球柱）在白纸上的投影，用刻度尺测出入射小球两次落地点P、M与O的距离s和s1，靶球落地点N与的距离s2；

（4）若方程式______（用、、s、s1、s2来表示）成立，可验证碰撞中的动量守恒；若方程式______（用s、s1、s2来表示）成立，说明两小球发生了弹性碰撞。

3．在“验证动量守恒定律”的实验中，实验装置、实验中小球运动轨迹及落点的情况如图所示。

（1）本实验需要测量的物理量是___________（填选项前的字母）。

A．小球的质量                                B．小球做平抛运动的时间

C．A、B、C到O点的距离       D．槽口到水平地面的竖直高度H

（2）如果满足关系式___________（用第（1）题中选择测量的物理量字母表示），则验证了a、b碰撞过程中动量守恒。

4．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。实验测得滑块A质量，滑块B的质量，遮光片的宽度；打点计时器所用的交流电的频率为，将光电门固定在滑块B的右侧，启动打点计时器，给滑块A一向右的初速度，使它与B相碰；碰后光电计时器显示的时间为，碰撞前后打出的纸带如图（b）所示。

（1）两滑块碰撞前A滑块的速度大小为______m/s，两滑块碰撞后B滑块的速度大小为______m/s；

（2）碰撞前的两滑块的总动量大小为______kg·m/s；碰撞后的两滑块的总动量大小为______kg·m/s；（结果保留三位有效数字）

（3）若实验允许的相对误差绝对值（×100%）最大为5%，试计算本实验相对误差为______%。

（4）本实验方法是否可以验证动量守恒定律，并说明理由______。

5．如图甲所示，在水平气垫导轨上放置两个滑块a和b，两滑块的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥，相撞后能粘在一起运动。在a上固定传感器的发射器，轨道上A点处固定传感器的接收器，某次实验中，让a开始运动，位移传感器记录的a的图像如图乙所示。测得，，回答下列问题：

（1）碰撞前，滑块a的动量___________（计算结果保留三位有效数字）；

（2）碰撞后，滑块a、b的总动量为___________（计算结果保留三位有效数字）；

（3）定义实验的相对误差，本次实验中___________%，在误差允许的范围内，可认为碰撞前后a、b组成的系统动量守恒（计算结果保留一位有效数字）。

6．如图所示，为“验证碰撞中的动量守恒”实验装置示意图。则：

（1）入射小球与被碰小球的直径相同，均为d，它们的质量相比较，应是___________（选填“大于”、“小于”或“等于”）。

（2）为了保证小球做平抛运动，必须调整斜槽使其末端___________

（3）在以下提供的实验器材中，本实验不需要的有___________（选填选项前的字母）

A．刻度尺       B．重锤线       C．天平       D．秒表

7．同学利用如图所示的装置验证碰撞中的动量守恒。竖直平面内固定一段弧型轨道，其下端与水平桌面相切。先将小滑块A从弧型轨道上某一点无初速度释放，测出小滑块A在水平桌面上滑行的最大距离x1（如甲图），然后将另一小滑块B放在弧型轨道的最低点，再将小滑块A从弧型轨道上某一点无初速度释放，A与B碰撞后，测出A沿桌面滑行的最大距离x2和B沿桌面滑行的最大距离x3（如图乙）。已知滑块A和B与桌面间的动摩擦因数相同，回答下列问题：

（1）下列选项中，属于本实验要求的是______。

A．所用弧型轨道必须是光滑的

B．A的质量大于B的质量

C．实验中滑块A的释放点离水平桌面要适当高一些

D．滑块A先后两次必须从弧型轨道上同一点无初速度释放

（2）若用表示小滑块A的质量、用表示小滑块B的质量，下列关系式______，在实验误差允许的范围内成立，则可验证A、B组成的系统在碰撞过程中动量守恒。

A．                              B．

C．                      D．

（3）若要证明A、B发生了弹性碰撞，则还需关系式______成立。

8．某实验小组用如图甲所示的装置验证动量守恒定律。长木板的一端垫有小木块，可以微调木板的倾斜程度，小车A前端贴有橡皮泥，后端连一穿过打点计时器的纸带，接通打点计时器电源后，让小车A以某速度做匀速直线运动，与置于木板上静止的小车B相碰并粘在一起，继续做匀速直线运动。打点计时器电源频率为，得到的纸带如图乙所示，已将各计数点之间的距离标在图乙上。

（1）实验前，该实验小组必须做的一项实验步骤是______，才能使小车在木板上做匀速直线运动；

（2）图中的数据有AB、BC、CD、DE四段，计算小车A碰撞前的速度大小应选____________段，计算两车碰撞后的速度大小应选_______段；

（3）若小车A的质量为，小车B的质量为，根据纸带数据，碰前两小车的总动量是_____，碰后两小车的总动量是_______。（结果保留3位有效数字）

9．某同学用如图甲所示的装置，通过半径相同的两球碰撞来验证动量守恒定律，图中是斜槽，是水平槽，斜槽与水平槽之间平滑连接。

实验时先使小球1从斜槽上某一固定位置由静止开始滚下，落到位于水平地面的记录纸上，留下痕迹，重复上述操作多次。再把小球2放在水平槽末端的位置小球1仍从原位置由静止开始滚下，与小球2碰撞后，两小球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹，重复上述操作多次。在记录纸上确定M、N、P为三个落点的平均位置。实验中测出小球1的质为，小球2的质量为，M、N、P三点到O点的距离为、、，其中O点为水平槽末端在记录纸上的竖直投影点。

（1）本实验必须满足的条件是___________；

A．两小球质量必须相等       B．斜槽轨道必须是光滑的       C．轨道末端必须是水平的

（2）某次实验中P点位置的多次落点痕迹如图乙所示，刻度尺的零点与O点对齐，则___________；

（3）若实验结果满足___________，就可以验证碰撞过程中动量守恒；

（4）实验中通过仅测量小球做平抛运动的___________（选填“水平位移”或“竖直位移”），可间接得到小球碰撞前后的速度关系，这样做的依据是___________。

10．如图所示，用“碰撞实验器”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）下列说法中正确的是___________。

A．本实验中的斜槽必须是光滑的

B．入射小球每次都要从同一高度由静止滚下

C．当把球放在斜槽末端时，球静止，则说明斜槽末端沿水平方向

（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，测量平抛射程OP，然后把被碰小球静置于轨道水平部分的右侧末端，再将入射球从斜轨上S位置由静止释放，与小球相碰，并多次重复。接下来要完成的必要步骤是___________（填选项前的符号）。

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）经测量，g，g。小球落地点的平均位置能O点的距离如图所示。碰撞前后的动量分别为与，则___________，若碰撞结束时的动量为；则___________。实验结果说明，碰撞前后总动量的比值___________。

1．（2022·浙江·高考真题）“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：

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）

2．（2011·北京·高考真题）如图1，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试验中，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

A．小球开始释放高度

B．小球抛出点距地面的高度

C．小球做平抛运动的射程

②图1中点是小球抛出点在地面上的垂直投影，实验时，先让入射球多次从斜轨上位置静止释放，找到其平均落地点的位置P，测量平抛射程，然后，把被碰小球静止于轨道的水平部分，再将入射小球从斜轨上位置静止释放，与小球相撞，并多次重复。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）。

④经测定，，，小球落地点的平均位置距O点的距离如图2所示。

碰撞前，后m1动量分别为p1与p1′，则p1∶p1′=____；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 ________cm

3．（2007·全国·高考真题）碰撞的恢复系数的定义为，其中v10和v20分别是碰撞前两物体的速度，v1和v2分别是碰撞后物体的速度．弹性碰撞的恢复系数e=1，非弹性碰撞的e<1．某同学借用验证动量守恒定律的实验装置（如图所示）验证弹性碰撞的恢复系数是否为1，实验中使用半径相等的钢质小球1和2（它们之间的碰撞可近似视为弹性碰撞），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，并记下重锤线所指的位置O．

第一步，不放小球2，让小球1从斜槽上A点由静止滚下，并落在地面上．重复多次，用尽可能小的圆把小球的所落点圈在里面，其圆心就是小球落点的平均位置．

第二步，把小球2 放在斜槽前端边缘处C点，让小球1从A点由静止滚下，使它们碰撞．重复多次，并使用与第一步同样的方法分别标出碰撞后小球落点的平均位置．

第三步，用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置离O点的距离，即线段OM、OP、ON的长度．

上述实验中，

（1）P点是______________的平均位置，M点是__________的平均位置，

N点是_______________的平均位置。

（2）请写出本实验的原理______________，写出用测量量表示的恢复系数的表达式_____________。

（3）三个落地点距O点的距离OM、OP、ON与实验所用的小球质量是否有关系？

_______________。

4．（2019·浙江·高考真题）小明做“探究碰撞中的不变量”实验的装置如图1所示，悬挂在O点的单摆由长为l的细线和直径为d的小球A组成，小球A与放置在光滑支撑杆上的直径相同的小球B发生对心碰撞，碰后小球A继续摆动，小球B做平抛运动．

（1）小明用游标卡尺测小球A直径如图2所示，则d=_______mm．又测得了小球A质量m1，细线长度l，碰撞前小球A拉起的角度α和碰撞后小球B做平抛运动的水平位移x、竖直下落高度h．为完成实验，还需要测量的物理量有：______________________．

（2）若A、B两球碰后粘在一起形成新单摆，其周期_________（选填“小于”、“等于”或“大于”）粘合前单摆的周期（摆角小于5°）．

二、填空题

5．（2008·宁夏·高考真题）（1）天然放射性元素经过_________次α衰变和_________次β衰变，最后变成铅的同位素_________。（填入铅的三种同位素、、中的一种）

（2）某同学利用如图所示的装置验证动量守恒定律．图中两摆摆长相同，悬挂于同一高度，A、B两摆球均很小，质量之比为1∶2．当两摆均处于自由静止状态时，其侧面刚好接触．向右上方拉动B球使其摆线伸直并与竖直方向成45°角，然后将其由静止释放．结果观察到两摆球粘在一起摆动，且最大摆角成30°．若本实验允许的最大误差为±4％，此实验是否成功地验证了动量守恒定律？_________