文档内容
第 29 讲 实验：验证动量守恒定律
目录
01、考情透视，目标导航
1
02、知识导图，思维引航.............................................................................................1
03、考点突破，考法探究.............................................................................................2
考点一 教材原型实验........................................................................................................................2
知识点1.实验原理..................................................................................................................2
知识点2.实验方案及实验过程..............................................................................................3
考点二 实验的拓展与创新..................................................................................................................7
考向洞察................................................................................................................................................7
考向1 不同方案中速度的测量方式...................................................................................7
考向2 同一实验装置验证不同的物理规律.....................................................................11
04、真题练习，命题洞见
............................................................................................................................13
2024·北京·高考物理试题
2024·全国·高考物理试题
考情
2023·辽宁·高考物理试题
分析
2022·天津·高考物理试题
2022·浙江.高考物理试题
复习
目标1.理解动量守恒定律成立的条件，会利用不同方案验证动量守恒定律。
目标
目标2.知道在不同实验方案中要测量的物理量，会进行数据处理及误差分析。考点一 教材原型实验
知识点1.实验原理
在一维碰撞中，测出相碰的两物体的质量 m 、m 和碰撞前、后物体的速度v 、v 、v′、v′，算出碰撞
1 2 1 2 1 2
前的动量p＝mv＋mv 及碰撞后的动量p′＝mv′＋mv′，比较碰撞前、后动量是否相等。
1 1 2 2 1 1 2 2
知识点2.实验方案及实验过程
实验方案 原理装置 实验步骤
1.测质量：用天平分别测出两滑块的质
方案一
v＝，d为滑块上挡光片 量。
利用气垫导轨完成
的宽度，Δt为遮光时间 2.安装：正确安装好气垫导轨。
碰撞实验
验证：mv＋mv＝mv′ 3.测速：计算出两滑块碰撞前、后的速度
1 1 2 2 1 1
＋mv′
2 21.测质量：用天平分别测出两小车的质
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
方案二 车A的后面，在两小车的碰撞端分别装上
利用两辆小车在光 v＝，Δx为纸带上两计数 撞针和橡皮泥。
滑长木板上的运动 点的距离，Δt为对应的时 3.实验：接通电源，让小车A运动，小车
完成碰撞实验 间 B静止，两车碰撞时撞针插入橡皮泥中，
验证：mv＝(m＋m)v 两车连接成整体，随后两车一起运动。
1 1 1 2 2
4.测速：通过纸带上合适的两计数点间的
距离及打下两计数点的时间间隔，由v＝
算出碰撞前A车与碰撞后两车共同的速度
1.测质量：用天平分别测出两等大小球的
质量，且保证m＞m。
1 2
2.安装：调整固定斜槽使斜槽末端水平。
3.铺纸：白纸在下，复写纸在上且在适当
位置铺放好，记下重垂线所指的位置O。
4.找平均位置点：每次让入射小球从斜槽
方案三
上某固定高度处自由滚下，小球滚下10
利用斜槽末端小球 1.测小球的水平射程，连
次，用圆规画尽量小的圆把所有的小球落
的碰撞验证动量守 接ON，测量线段OP、
点圈在里面，找出圆心；再将被碰小球放
恒定律
OM、ON长度
在图示位置处使其被入射小球碰撞后落下
(入射小球的起始位置始终不变)，经过10
次碰撞后，用同样的方法分别找出入射小
2.验证：m·OP＝m·OM 球和被碰小球落点所在最小圆的圆心。
1 1
＋m·ON 5.测距离：用刻度尺分别量出O到所找出
2
的三个圆心的距离
1.用如图甲所示的“碰撞实验器”可验证两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量守恒定律。图甲中 O点
是小球抛出点在水平地面上的垂直投影。实验时，先让质量为 m 的小球A多次从斜轨上位置G点由静止
1
释放，找到其落点的平均位置P，测量平抛射程OP。然后把质量为m 的小球B静置于轨道末端的水平部
2
分，再将小球A从斜轨上位置G由静止释放，与小球B碰撞，如此重复多次，M、N为两球碰后的平均落
点，重力加速度为g，回答下列问题：(1)为了保证碰撞时小球A不反弹，两球的质量必须满足m________m(填“<”或“>”)，为了保证两小球发
1 2
生对心正碰，两小球的半径________(填“需相等”或“不需相等”)，本实验________测量平抛运动的高
度和时间(填“不需要”或“需要”)。
(2)若两球发生弹性碰撞，其表达式可表示为________________(用OM、OP、ON来表示)。
(3)若实验中得出的落点情况如图乙所示，假设碰撞过程中动量守恒，则入射小球 A的质量m 与被碰小球B
1
的质量m 之比为__________。
2
3.某小组用如图所示的装置验证动量守恒定律。
(1)关于橡皮泥在本实验中的作用，下列说法正确的是________。
A.改变小车的质量
B.在两车碰撞时起到缓冲作用，防止撞坏小车
C.若在两个小车的碰撞端分别贴上尼龙搭扣(魔术贴)，可起到相同的作用
(2)关于实验的操作，下列说法正确的是________。
A.实验前应微调木板的倾斜程度，使小车P能静止在木板上
B.接通打点计时器电源后，应将小车P由静止释放
C.与小车P碰撞前，小车Q应静止在木板上的适当位置
D.加砝码以改变小车质量再次实验，必须再次调整木板倾角
(3)打点计时器每隔0.02 s打一次点，实验得到的一条纸带如图所示，已将各计数点之间的距离标在图上。
则小车P碰撞前的速度为________ m/s(计算结果保留3位有效数字)。
(4)测得小车P的总质量为m ，小车Q的总质量为m ，图3中AB、BC、CD、DE四段长度分别为x 、x 、
1 2 1 2
x、x，为了验证动量守恒定律，需要验证的表达式是______________(用题中所给物理量符号表示)。
3 4
(5) 某 同 学 发 现 系 统 碰 后 动 量 的 测 量 值 总 是 大 于 碰 前 动 量 的 测 量 值 ， 可 能 的 原 因 是
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
(写出一条即可)。
4.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m、滑块(含遮光片)的质量m；
1 2
(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Δt、Δt 及遮光片从A运动到B所用的时间t ；
1 2 12
(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，m ＝1.50×10－2 kg，m ＝0.400 kg，Δt ＝3.900×10－2 s，Δt
1 2 1 2
＝1.270×10－2 s，t ＝1.50 s，取g＝9.80 m/s2。计算可得I＝________ N·s，Δp＝________ kg·m·s－1；(结果
12
均保留3位有效数字)
(7)定义δ＝×100%，本次实验δ＝________ %(保留1位有效数字)。
考点二 实验的拓展与创新
验证两物体碰撞过程中系统动量是否守恒，关键是实验设计与装置及两物体速度和质量的测量，实验
设计与装置不同，测量物体的速度方法也不同，有时同一实验装置也可用来验证不同的规律。
1.在验证动量守恒定律的实验中，物体速度的测量方式很多种，如利用平抛运动的水平位移代替速度，
利用光电门测量滑块的速度，利用机械能守恒定律测量摆块速度，利用动能定理和滑行位移测量硬币速度。
2.实验命题中常用同一实验装置验证不同的物理规律。验证两球碰撞中系统动量是否守恒的同时，探
究弹簧锁定时具有的弹性势能；验证两球碰撞中系统动量是否守恒的同时，探究两球的弹性碰撞机械能守
恒的表达式。
考向1 不同方案中速度的测量方式
1. 用如图所示装置验证动量守恒定律。先安装好实验装置，在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸，记下
重垂线所指的位置O。接下来的实验步骤如下：
步骤1：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
小球的所有落点圈在里面，其圆心就是小球落点的平均位置；步骤2：把小球2放在斜槽末端边缘位置B，让小球1从A点由静止滚下，使它们碰撞。重复多次，并使用
与步骤1同样的方法分别标出碰撞后两小球落点的平均位置；
步骤3：用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置M、P、N离O点的距离，即线段OM、OP、ON的长度。
(1)对于上述实验操作，下列说法正确的是________；
A．小球1每次必须在斜槽上相同的位置由静止滚下
B．小球1可以在斜槽上不同的位置由静止滚下
C．斜槽轨道末端必须水平
D．斜槽轨道必须光滑
(2)若入射小球质量为m、半径为r，被碰小球质量为m、半径为r，需________；
1 1 2 2
A．m>m，r>r B．m>m，r＝r
1 2 1 2 1 2 1 2
C．mr D．m”或“<”）；(2)如果测得的 、 、 、 和 在实验误差范围内满足关系式 ，则验证了两小球在碰撞中满
足动量守恒定律。实验中，用小球落点与O点的距离来代替小球水平飞出时的速度，依据是 。
3．（2023·辽宁·高考真题）某同学为了验证对心碰撞过程中的动量守恒定律，设计了如下实验：用纸板搭
建如图所示的滑道，使硬币可以平滑地从斜面滑到水平面上，其中OA为水平段。选择相同材质的一元硬
币和一角硬币进行实验。
测量硬币的质量，得到一元和一角硬币的质量分别为 和 ( )。将硬币甲放置在斜面一某一位置，
标记此位置为B。由静止释放甲，当甲停在水平面上某处时，测量甲从O点到停止处的滑行距离OP。将
硬币乙放置在O处，左侧与O点重合，将甲放置于B点由静止释放。当两枚硬币发生碰撞后，分别测量甲
乙从O点到停止处的滑行距离OM和ON。保持释放位置不变，重复实验若干次，得到OP、OM、ON的平
均值分别为 、 、 。
（1）在本实验中，甲选用的是 （填“一元”或“一角”）硬币；
（2）碰撞前，甲到O点时速度的大小可表示为 （设硬币与纸板间的动摩擦因数为μ，重力加速度为
g）；
（3）若甲、乙碰撞过程中动量守恒，则 （用 和 表示），然后通过测得的具体数据
验证硬币对心碰撞过程中动量是否守恒；
（4）由于存在某种系统或偶然误差，计算得到碰撞前后甲动量变化量大小与乙动量变化量大小的比值不
是1，写出一条产生这种误差可能的原因 。
4．（2022·天津·高考真题）某同学验证两个小球在斜槽末端碰撞时的动量守恒，实验装置如图所示。A、
B为两个直径相同的小球。实验时，不放B，让A从固定的斜槽上E点自由滚下，在水平面上得到一个落
点位置；将B放置在斜槽末端，让A再次从斜槽上E点自由滚下，与B发生正碰，在水平面上又得到两个
落点位置。三个落点位置标记为M、N、P。
（1）为了确认两个小球的直径相同，该同学用10分度的游标卡尺对它们的直径进行了测量，某次测量的
结果如下图所示，其读数为 。（2）下列关于实验的要求哪个是正确的 。
A．斜槽的末端必须是水平的 B．斜槽的轨道必须是光滑的
C．必须测出斜槽末端的高度 D．A、B的质量必须相同
（3）如果该同学实验操作正确且碰撞可视为弹性碰撞，A、B碰后在水平面上的落点位置分别为
、 。（填落点位置的标记字母）
5．（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：
A的质 B的质 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/（
量/kg 量/kg ） ） ）
0.200 0.300 1.010 0.200 0.800
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）
