高考物理 一轮复习 考点整合练习专题（30）实验七 验证动量守恒定律（2份打包，解析版+原卷版，可预览）

这是一份高考物理 一轮复习 考点整合练习专题（30）实验七 验证动量守恒定律（2份打包，解析版+原卷版，可预览），文件包含高考物理一轮复习考点整合练习专题30实验七验证动量守恒定律解析版doc、高考物理一轮复习考点整合练习专题30实验七验证动量守恒定律原卷版doc等2份试卷配套教学资源，其中试卷共22页， 欢迎下载使用。
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h
B．小球抛出点距地面的高度H
C．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、m2
B．测量小球m1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m1、m2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)。
(4)经测定，m1＝45.0 g，m2＝7.5 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________。
【答案】(1)C　(2)ADE　(3)m1·OM＋m2·ON＝m1·OP　(4)14　2.9　1.01
【解析】(1)小球离开轨道后做平抛运动，由H＝gt2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·OM＋m2·ON＝m1·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m1v1＋m2v2＝m1v0(v0是m1单独下落离开轨道时的速度，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·OM＋m2·ON＝m1·OP。
(4)碰前m1的动量p1＝m1v0＝m1·，碰后m1的动量p1′＝m1v1＝m1·，则p1∶p1′＝OP∶OM＝14∶11；碰后m2的动量p2′＝m2v2＝m2·，所以p1′∶p2′＝(m1·OM)∶(m2·ON)＝11∶2.9；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、m2
B.测量小球m1开始释放的高度h
C.测量抛出点距地面的高度H
D.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、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)；
(4)经过测定，m1=45.0 g，m2=7.5 g，小球落地的平均位置距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+m2LE
B.m1=m1+m2
C.m1=m1+m2
D.LE=LF-LD
【答案】(1)大于　(2)A、D、E　(3)m1OP=m1OM+m2ON　(4)2 016　2 001　(5)C
【解析】(1)为防止碰撞后入射球反弹，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+m2ON=45.0×35.20+7.5×55.60=2 001 g·cm；
(5)设斜面的倾角为θ，小球离开平台后做平抛运动，水平方向：Lcosθ=vt，竖直方向：Lsinθ=gt2，
解得，小球做平抛运动的初速度：v=cosθ，则：v1=cosθ，
v2=cosθ，v3=cosθ，
由动量守恒定律得：m1v1=m1v2+m2v3，
则：m1=m1+m2，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．小球开始释放的高度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、m2
B．测量小球m1开始释放的高度h
C．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·OM＋m2·ON＝m1·OP　m1·OM2＋m2·ON2＝m1·OP2
【解析】(1)小球离开轨道后做平抛运动，由H＝gt2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·OM＋m2·ON＝m1·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m1v1＋m2v2＝m1v0(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·OM＋m2·ON＝m1·OP；若碰撞是弹性碰撞，则碰撞过程中没有机械能损失，则有m1v＋m2v＝m1v，同样整理可得m1·OM2＋m2·ON2＝m1·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：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．
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：
①安装好气垫导轨和光电门，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平
②测得A和B两滑块上遮光片的宽度均为d
③得到A、B两滑块(包含遮光片)的质量m1、m2
④向气垫导轨通入压缩空气
⑤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Δt1和Δt2
⑥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Δt

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ΔE＝__________________.
【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mBvB－mAvA＝(mB＋mA)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ΔE＝mAv＋mBv－(mA＋mB)v2，代入可得：
ΔE＝＋－.
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．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)2m1＝2m1＋m2
【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，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＝2m1＋m2.
6、“枪支比动能e0”是反映枪支威力的一个参数，已知e0=，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θ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：
①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；
②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；
③此时用刻度尺测量出摆长L；
④扣动弹簧枪扳机，打出子弹，记录下摆块的最大摆角；
⑤多次重复实验，计算出摆块最大摆角的平均值θ；
⑥处理实验数据，得出实验结论。
(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-cosθ)=(M+m)v2
根据动量守恒定律可知：mv0=(M+m)v，联立解得：子弹的速度为：v0=；
根据比动能的定义式可知：e0=，E0=m，截面积S=πd2，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Ⅰ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Δt1、Δt2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Δp=________；（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，Δt2=1.27010-2 s，t12=1.50 s，取g=9.80 m/s2。计算可得I=________N·s，Δp=____ kg·m·s-1；（结果均保留3位有效数字）
（7）定义，本次实验δ=________%（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)0.28　0.28
【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/s≈0.80 m/s
vB＝ m/s≈0.60 m/s
碰后速度：
v共＝ m/s≈0.40 m/s
取向右的方向为正方向
碰前总动量：
p1＝mAvA－mBvB＝0.5×0.80 kg·m/s－0.2×0.60 kg·m/s＝0.28 kg·m/s
碰后总动量：
p2＝(mA＋mB)v共＝0.7×0.40 kg·m/s＝0.28 kg·m/s
因p1＝p2，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)mA－mB＝0 (3)Ep＝mA＋mB
【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＝，以向左的方向为正方向，由动量守恒定律得，mAvA－mBvB＝0，由以上各式解得，mA－mB＝0.
(3)由能量守恒定律得，被压缩弹簧的弹性势能
Ep＝mAv＋mBv＝mA＋mB.
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落点　小球2落点
(3)＝－
【解析】(1)由平抛运动规律得，x＝v0t，y＝gt2，由以上两式解得v0＝x.
(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x＝vt知，t2