专题46验证动量守恒定律实验（原卷版+解析版）-2023届高考物理一轮复习知识点精讲与最新高考题模拟题同步训练

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2023高考一轮知识点精讲和最新高考题模拟题同步训练第八章  动量专题46  验证动量守恒定律实验第一部分  知识点精讲【实验目的】验证碰撞中的动量守恒。【实验原理】在一维碰撞中，测出相碰的两物体的质量m1和m2及碰撞前、后物体的速度v1、v2及v′1、v′2，找出碰撞前的动量p＝m1v1＋m2v2及碰撞后的动量p′＝m1v′1＋m2v′2，看碰撞前、后动量是否守恒。【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。　　　　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。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。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。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。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。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。【注意事项】1．前提条件：碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”。2．方案提醒(1)若利用气垫导轨进行实验，调整气垫导轨时，注意利用水平仪确保导轨水平。(2)若利用摆球进行实验，两小球静放时球心应在同一水平线上，且刚好接触，摆线竖直，将小球拉起后，两条摆线应在同一竖直面内。(3)若利用长木板进行实验，可在长木板下垫一小木片用以平衡摩擦力。(4)若利用斜槽小球碰撞应注意：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同一高度由静止释放；③选质量较大的小球作为入射小球；④实验过程中实验桌、斜槽、记录的白纸的位置要始终保持不变。3．探究结论寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不改变。第二部分 最新高考题精选1.（2022·全国理综甲卷·23）（10分）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。（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。 123450.490.671.011.221.390.150.210.330.400.460.310.330.330.33（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。 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：A的质量/kgB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/（）0.2000.3001.0100.2000.800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。            实验测得滑块A 质量m1=0.310kg，滑块B的质量m2=0.108kg，遮光片的宽度d=1.00cm；打点计时器所用的交流电的频率为f=50HZ。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△tB =3.500ms，碰撞前后打出的纸带如图21-1（b）所示。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hC.测量抛出点距地面的高度hD．分别找到相碰后平均落地点的位置M、NE．测量平抛射程ＯＭ，ＯＮ③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∶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）。（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；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。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hB.小球抛出点距地面的高度HC.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）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）。4．(10分)（2022北京海淀区高三下一模）4．如图1所示，用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球碰撞前后的动量关系。图1中的O点为小球抛出点在记录纸上的垂直投影。实验时，先使A球多次从斜轨上位置P静止释放，找到其平均落地点的位置E。然后，把半径相同的B球静置于水平轨道的末端，再将A球从斜轨上位置P静止释放，与B球相碰后两球均落在水平地面上，多次重复上述A球与B球相碰的过程，分别找到碰后A球和B球落点的平均位置D和F。用刻度尺测量出水平射程。测得A球的质量为，B球的质量为。（1）实验中，通过测量小球做平抛运动的水平射程来代替小球碰撞前后的速度。①实验必须满足的条件有__________。A．两球的质量必须相等                    B．轨道末端必须水平C．A球每次必须从轨道的同一位置由静止释放②“通过测量小球做平抛运动的水平射程来代替小球碰撞前后的速度”可行的依据是___________。A．运动过程中，小球的机械能保持不变B．平抛运动的下落高度一定，运动时间相同，水平射程与速度大小成正比（2）当满足表达式______时，即说明两球碰撞中动量守恒；如果再满足表达式_______时，则说明两球的碰撞为弹性碰撞。（用所测物理量表示）（3）某同学在实验时采用另一方案：使用半径不变、质量分别为的B球。将A球三次从斜轨上位置P静止释放，分别与三个质量不同的B球相碰，用刻度尺分别测量出每次实验中落点痕迹距离O点的距离，记为。将三组数据标在图中。从理论上分析，图2中能反映两球相碰为弹性碰撞的是____________。5．.（2022广东汕头模拟） 小羽同学用图甲所示装置验证动量守恒定律（水平地面依次铺有复写纸和白纸）。实验时，先让入射球，多次从斜轨上C位置静止释放；然后，把被碰小球静置于轨道的末端，再将入射小球从斜轨上C位置静止释放，与小球相撞，多次重复此步骤，用最小圆圈法分别找到小球的平均落点M、P、N，图中O点为小球抛出点在水平地面上的垂直投影。（1）关于此碰撞实验，下列说法正确的是______（多项选择题）A．复写纸和白纸依次铺好后，实验过程白纸的位置不能再移动B．需要测量A球或B球的直径C．入射球和被碰球的质量必须相等，且大小相同D．需要测量A球和B球的质量和（2）为了减少实验误差，有同学提出斜槽倾斜部分的轨道应尽量光滑，你认为这种说法对吗？并再提出一种减少实验误差的方法：________。（3）如图乙所示，测量出平均水平位移OM、OP、ON的长度、、，若两球相碰前后的总动量守恒，碰撞属于弹性碰撞，则其表达式可表示为：________。6．（8分）(2022北京朝阳模拟)在“验证动量守恒定律”的实验中，如图甲所示，气垫导轨上放置着带有遮光板的滑块A、B，测得A、B的质量分别为m1和m2，遮光板的宽度相同。实验中，用细线将两个滑块连接使轻弹簧压缩且静止，然后烧断细线，轻弹簧将两个滑块弹开，测得它们通过光电时间分别为t1、t2。①图乙为两同学用螺旋测微器测遮光板宽度d时的情景。由该图可知其示数为 　　mm。②用题中测得的物理量表示动量守恒应满足的关系式为 　   ＝   　（用t1、t2、m1、m2表示）。7（2021四川绵阳三模）用如图所示的装置验证碰撞过程中动量守恒。气垫导轨左端固定弹射装置，滑块甲压缩弹射装置并被锁定，滑块乙静置于光电门1与光电门2之间。滑块甲（含挡光片）质量用m1表示，滑块乙（含挡光片）质量用m2表示，滑块甲和乙上的挡光片宽度相同用L表示。调平导轨并充气，解除弹射装置锁定，测得滑块甲第一次通过光电门1的时间为to，第二次通过光电门1的时间为t1,滑块乙第一次通过光电门2的时间为t2.（1)滑块甲和乙碰撞前总动量大小的表达式是           。（用上述物理量符号表示）（2)要验证滑块甲和乙碰撞过程中动量守恒，三个物理量m1、m2和L中，必须要测量的有               。（3)若等式          成立，则可验证滑块甲和乙碰撞过程中动量守恒。（用上述物理量符号表示）