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高考实验解读与针对性训练
实验8 验证动量守恒定律
【实验解读】
一、教材实验解读
一、实验目的
1．会利用不同案例验证动量守恒定律。
2．知道在不同实验案例中要测量的物理量，会进行数据处理及误差分析。
二、实验原理与器材
1．实验原理
在一维碰撞中，测出物体的质量和碰撞前、后物体的速度，找出碰撞前的动量p＝m1v1＋
m2v2及碰撞后的动量p′＝m1v1′＋m2v2′，看碰撞前后动量是否守恒。
2．实验器材
案例一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个)、重物、弹簧、细绳、弹性碰撞架、撞针、橡
皮泥、游标卡尺等。
案例二：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
斜槽、小球(两个)、天平、复写纸、白纸、圆规、刻度尺、铅垂线等。
三、实验过程及数据处理
案例(一)：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
1．实验过程
(1)测质量：用天平测出滑块的质量。
(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。
(4)改变条件，重复实验
①改变滑块的质量；
②改变滑块的初速度大小和方向。
(5)验证：一维碰撞中的动量守恒。
2．数据处理
(1)滑块速度的测量：v＝，式中Δx 为滑块上挡光片的宽度(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。
(2)验证的表达式：m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′。
案例(二)：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
1．实验过程
(1)测质量：用天平测出两小球的质量，并选定质量大的小球为入射小球。
(2)安装：按照如图甲所示安装实验装置，调整固定斜槽使斜槽底端水平。
(3)铺纸：白纸在下，复写纸在上且在适当位置铺放好。记下铅垂线所指的位置O。
(4)放球找点：不放被撞小球，每次让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下，重复10
次。用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面。圆心P 就是小球落点的平均位置。
(5)碰撞找点：把被撞小球放在斜槽末端，每次让入射小球从斜槽同一高度[同步骤(4)中的
高度]自由滚下，使它们发生碰撞，重复实验10 次。用步骤(4)的方法，标出碰后入射小球
落点的平均位置M 和被撞小球落点的平均位置N，如图乙所示 。
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(6)验证：连接ON，测量线段OP、OM、ON 的长度。将测量数据代入m1·OP＝m1·OM＋
m2·ON，看在误差允许的范围内是否成立。
(7)整理：将实验器材放回原处。
2．数据处理
验证的表达式：m1·OP＝m1·OM＋m2·ON。
四、注意事项
1．前提条件：碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”。
2．案例提醒
(1)若利用气垫导轨进行验证，调整气垫导轨时，应确保导轨水平。
(2)若利用平抛运动规律进行验证：
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。
二、拓展创新实验
【高考启示】
高考实验题一般源于教材而不拘泥于教材，是在教材实验的基础上创设新情景。
因此，要在夯实教材实验的基础上注意迁移和创新能力的培养，善于用教材中
实验的原理、方法和技巧处理新问题。
实验装置创新
1、 在平抛实验仪末端固定一斜面，正碰的两个小球落在斜面上；
2、 在平抛实验仪水平槽末端相距一定距离处固定一竖直板，正碰的两个小球
撞击到竖直板上；
3. 利用水平光滑导轨上两个滑块碰撞，利用频闪照相得到滑块频闪照片，从而
确定滑块碰撞前后的速度。
4. 利用弹丸射中细线悬挂的沙包，验证动量守恒定律。
【高考典例】
【典例1】（2025 高考广东卷）（8 分）请完成下列实验操作和计算。
(1)在“长度的测量及其测量工具的选用”实验中，用螺旋测微器测量小球的直径，示数如
图所示，读数 mm。
(2)实验小组利用小车碰撞实验测量吸能材料的性能，装置如图所示，图中轨道由轨道甲和
乙平滑拼接而成，且轨道乙倾角较大。
①选取相同的两辆小车，分别安装宽度为1.00 cm 的遮光条。
②轨道调节。
调节螺母使轨道甲、乙连接处适当升高。将小车在轨道乙上释放，若测得小车通过光电门
A 和B 的 。证明已平衡小车在轨道甲上所受摩擦力及其他阻力。
③碰撞测试
先将小车1 静置于光电门A 和B 中间，再将小车2 在M 点由静止释放，测得小车2 通过光
电门A 的时间为t2，碰撞后小车1 通过光电门B 的时间为t1。若t2 t1，可将两小车
的碰撞视为弹性碰撞。
④吸能材料性能测试。
将吸能材料紧贴于小车2 的前端。重复步骤③。测得小车2 通过光电门A 的时间为10.00
ms，两车碰撞后，依次测得小车1 和2 通过光电门B 的时间分别为15.00 ms、30.00 ms，不
计吸能材料的质量，计算可得碰撞后两小车总动能与碰撞前小车2 动能的比值为
（结果保留2 位有效数字）。
【典例2】（2024·山东高考13 题）在第四次“天宫课堂”中，航天员演示了动量守恒实
验。受此启发，某同学使用如图甲所示的装置进行了碰撞实验，气垫导轨两端分别安装
a、b 两个位移传感器，a 测量滑块A 与它的距离xA，b 测量滑块B 与它的距离xB。部分实验
步骤如下：
①测量两个滑块的质量，分别为200.0 g 和400.0 g；
②接通气源，调整气垫导轨水平；
③拨动两滑块，使A、B 均向右运动；
④导出传感器记录的数据，绘制xA、xB随时间变化的图像，分别如图乙、图丙所示。
回答以下问题：
（1）从图像可知两滑块在t＝ s 时发生碰撞；
（2）滑块B 碰撞前的速度大小v＝ m/s（保留2 位有效数字）；
（3）通过分析，得出质量为200.0 g 的滑块是 （选填“A”或“B”）。
【典例3】 (2023·辽宁卷，11)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m1和m2(m1＞m2)。将硬币
甲放置在斜面上某一位置，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s0、s1、s2。
(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m1和m2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：
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
。
【典例4】.(2022·全国甲卷，23)利用如图5 的实验装置对碰撞过程进行研究。
让质量为m1的滑块A 与质量为m2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v1和v2，进而分析碰撞过程是否
为弹性碰撞。完成下列填空：
图5
(1)调节导轨水平；
(2)测得两滑块的质量分别为0.510 kg 和0.304 kg。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s1与B 的右
端到右边挡板的距离s2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t1和t2；
(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；
1
2
3
4
5
t1/s
0.49
0.67
1.01
1.22
1.39
t2/s
0.15
0.21
0.33
0.40
0.46
k＝
0.31
k2
0.33
0.33
0.33
(6)表中的k2＝________(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m1和m2
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。
【针对性训练】
1.（2025·江苏扬州模拟）小明利用如图甲所示的碰撞实验器材研究两个小球在轨道水平部
分碰撞前后的动量关系，从而验证动量守恒定律。
（1）为完成此实验，以下提供的测量工具中，多余的是 。
A.刻度尺 B.天平 C.秒表
（2）用螺旋测微器测量小球的直径D，测量结果如图乙所示，D＝ mm。
（3）下列说法中正确的是 。
A.入射小球A 的质量应小于被碰小球B 的质量
B.需要测量轨道末端到地面的高度
C.入射小球每次必须从同一位置静止释放
D.轨道末端可以不水平
（4）图甲中，点O 是小球抛出点在水平地面上的竖直投影，实验时，先让质量为mA的小
球A 多次从斜轨上S 处静止释放，找到其平均落点P，再把质量为mB的小球B 静置于轨道
末端，接着使小球A 从S 处静止释放，在水平段末端与小球B 相碰，多次实验，找到小球
A、B 的平均落点M、N，测得距离OP、OM、ON，验证两球相碰前后动量守恒的表达式为
。（用题中物理量符号表示）
。
2．（6 分） 某同学用如图所示的装置验证动量守恒定律。将斜槽轨道固定在水平桌面上，
轨道末段水平，右侧端点在水平木板上的垂直投影为O，木板上叠放着白纸和复写纸。实
验时先将小球a 从斜槽轨道上Q 处由静止释放，a 从轨道右端水平飞出后落在木板上；重
复多次，测出落点的平均位置P 与O 点的距离x，将与a 半径相等的小球b 置于轨道右侧端
点，再将小球a 从Q 处由静止释放，两球碰撞后均落在木板上；重复多次，分别测出a、b
两球落点的平均位置M、N 与O 点的距离
、
。
完成下列填空：
（1）记a、b 两球的质量分别为
、
，实验中须满足条件
______
（填“>”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.（2025·浙江台州模拟）某同学借助图1 所示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，以平衡摩擦力，使两个小车均能在木板上做匀速直线
运动。小车1 前端贴有橡皮泥，后端与穿过打点计时器的纸带相连，接通打点计时器电源
后，让小车1 以某速度做匀速直线运动，与置于木板上静止的小车2 相碰并粘在一起，之
后继续做匀速直线运动。打点计时器电源频率为50 Hz，得到的纸带如图2 所示，已将各计
数点之间的距离标在图上。
（1）图2 中的数据有AB、BC、CD、DE 四段，计算小车1 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。
（2）关于实验的操作与反思，下述说法正确的是 。
A.实验中小车1 必须从静止释放
B.若小车1 前端没贴橡皮泥，不影响实验验证
C.上述实验装置不能验证弹性碰撞规律
（3）若小车1 的质量（含橡皮泥）为0.4 kg，小车2 的质量为0.2 kg，根据纸带数据，碰
前两小车的总动量是 kg·m/s，碰后两小车的总动量是 kg·m/s。（结果均
保留三位有效数字）
4.（2025·河北石家庄二模）某小组利用如图所示的装置做验证动量守恒定律的实验。滑块
A、B 的质量分别为mA、mB，气垫导轨已调节水平。
（1）甲同学在滑块B 左端粘上少量橡皮泥，将滑块A 从倾斜轨道上某点由静止释放，通过
光电门C 的挡光时间为t1，与滑块B 碰后粘在一起，通过光电门D 的挡光时间为t2，在误差
允许的范围内，只需验证等式 （用题中给出的字母表示）成立即说明碰
撞过程中滑块A、B 系统动量守恒。某次实验中，测得t1＝0.04 s、t2＝0.10 s，可知滑块A
和滑块B 的质量比为 。
（2）乙同学在滑块B 左端装上轻质弹性圈，将滑块A 从倾斜轨道上某点由静止释放，A 第
一次通过光电门C 的挡光时间为t3，与滑块B 碰后，A 向左运动，第二次通过光电门C 的挡
光时间为t4，滑块B 通过光电门D 的挡光时间为t5，则在误差允许的范围内，只需验证等
式 （用题中给出的字母表示）成立即说明碰撞过程中滑块A、B 系统动量
守恒。若使滑块A 与B 碰撞后均向右运动，应使滑块A 的质量 （选填“大于”
“等于”或“小于”）滑块B 的质量。
5.（2025·安徽合肥三模）某同学设计了一个如图所示的实验装置验证动量守恒定律。小球
A 底部竖直地粘住一片宽度为d 的遮光条，用悬线悬挂在O 点。光电门固定在O 点正下方
铁架台的托杆上，小球B 放在竖直支撑杆上，杆下方悬挂一重锤，小球A（包含遮光条）
和B 的质量用天平测出分别为mA、mB，拉起小球A 一定角度后释放，两小球碰撞前瞬间，
遮光条刚好通过光电门，碰后小球B 做平抛运动而落地，小球A 反弹右摆一定角度，计时
器的两次示数分别为t1、t2。小球B 离地面的高度为h，小球B 平抛的水平位移为x。
（1）关于实验过程中的注意事项，下列说法正确的是 （填正确答案标号）。
A.小球A 的质量要大于小球B 的质量
B.要使小球A 和小球B 发生对心碰撞
C.应使小球A 由静止释放
（2）某次测量实验中，该同学测量数据如下：d＝0.3 cm，h＝0.8 m，x＝0.4 m，t1＝
0.001 0 s，t2＝0.003 0 s，重力加速度g 取10 m/s2，若小球A（包含遮光条）与小球B 的质
量之比为mA∶mB＝ ，则动量守恒定律得到验证，根据数据可以得知小球A 和
小球B 发生的碰撞是 （选填“弹性”或“非弹性”）碰撞。
6.（2025·安徽亳州期末）用如图甲所示的装置根据平抛运动规律验证两小球碰撞中的动量
守恒。使用频闪相机对小球碰撞前后的运动情况进行拍摄。图中背景是放在竖直平面内带
方格的纸板，纸板平面与小球运动轨迹所在的平面平行，每个小方格的边长为a＝5 cm，
取g＝10 m/s2，实验核心步骤如下：
（1）让质量为m1的小球从挡板处由静止释放，从斜槽末端水平抛出后频闪照片如图乙中
的A 所示。
（2）把质量为m2的小球静置于轨道末端，让质量为m1的小球从挡板处由静止释放，两球
在斜槽末端碰撞。碰撞后两小球从斜槽末端水平抛出。抛出后的频闪照片分别如图乙中的
B、C 所示。
（3）由图乙结合已知数据可计算出频闪相机闪光的周期T＝ s（结果保留2 位有
效数字）。
（4）由图乙结合已知数据可计算出碰撞后质量为m2的小球速度v2＝ m/s（结果
保留2 位有效数字）。
（5）若碰撞过程中动量守恒，则m1∶m2＝ 。
