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实验八 验证动量守恒定律
1.实验原理
在一维碰撞中，测出物体的质量m 和碰撞前、后物体的速度v、v′，算出碰撞前的动量
p＝m1v1＋m2v2及碰撞后的动量p′＝m1v1′＋m2v2′，看碰撞前后动量是否相等。
2.实验器材
斜槽、小球(两个)、天平、直尺、复写纸、白纸、圆规、重垂线。
3.实验步骤
(1)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)按照如图1 甲所示安装实验器材。调整、固定斜槽使斜槽底端水平。
图1
(3)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)不放被碰小球，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
画尽量小的圆把小球所有的落点都圈在里面。圆心P 就是小球落点的平均位置。
(5)把被碰小球放在斜槽末端，让入射小球从斜槽同一高度自由滚下，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 和被碰
小球落点的平均位置N，如图乙所示。
(6)连接ON，测量线段OP、OM、ON 的长度。将测量数据填入表中。最后代入m1· OP
＝
m1· OM
＋
m 2· ON
__，看在误差允许的范围内是否成立。
(7)整理好实验器材，放回原处。
(8)实验结论：在实验误差允许范围内，碰撞系统的动量守恒。
1
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1.数据处理
验证表达式：m1·OP＝m1·OM＋m2·ON。
2.注意事项
(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。
命题点一 教材原型实验
【例1】 (2021·天津南开区期末)某同学利用气垫导轨做“验证动量守恒定律”的实
验，气垫导轨装置如图2 所示，由导轨、滑块、弹射架、光电门等组成。
图2
(1)下面是实验的主要步骤：
a.安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；
b.向气垫导轨通入压缩空气；
c.接通光电计时器(光电门)；
d.把滑块2 静止放在气垫导轨的中间；
e.滑块1 挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；
f.释放滑块1，滑块1 通过光电门1 后与左侧固定弹簧的滑块2 碰撞，碰后滑块1 和滑
块2 依次通过光电门2，两滑块通过光电门后依次被制动；
g.读出滑块通过两个光电门的挡光时间分别为滑块1 通过光电门1 的挡光时间Δt1＝
10.01 ms，通过光电门2 的挡光时间Δt2＝49.99 ms，滑块2 通过光电门2 的挡光时间
Δt3＝8.35 ms；
h.测出挡光片的宽度d＝5 mm，测得滑块1(包括撞针)的质量为m1＝300 g，滑块2(包
括弹簧)质量为m2＝200 g；
(2)实验中气垫导轨的作用是：A__________________________________________
____________________________________________________________________；
B__________________________________________________________________。
2
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(3)碰撞前滑块1 的速度v1为______m/s；碰撞后物体系的总动量p2＝_____kg·m·s－1。
(结果保留2 位有效数字)
答案 (2)大大减小了滑块和导轨之间的摩擦力，从而减小了实验误差 保证两个滑
块碰撞前后的速度都在同一条直线上
(3)0.50 0.15
解析 (2)
中气
的作用有两个，一是大
实验
垫导轨
大减小了滑
和
之
的摩擦力
块
导轨
间
，
从而减小了
差，二是保
两个滑
碰撞前后的速度都在同一条直
上。
实验误
证
块
线
(3)碰撞前滑块1 的速度
：
为
v1＝＝ m/s＝0.50 m/s。
碰撞后滑块1 的速度
：
为
v2＝＝ m/s＝0.10 m/s
滑块2 的速度
：
为
v3＝＝ m/s＝0.60 m/s
碰撞后物体系的
量
总动
为
p2＝m1v2＋m2v3＝0.3×0.10 kg·m/s＋0.2×0.6 kg·m/s＝0.15 kg·m/s。
【针对训练1】 用如图3 所示的装置，来完成“验证动量守恒定律”的实验。实验中
使用的小球1 和2 半径相等，用天平测得质量分别为m1、m2，且m1>m2。在木板上铺一
张白纸，白纸上面铺放复写纸，记下重垂线所指的位置O。先不放小球2，使小球1 从
斜槽上某一点S 由静止滚下，落到水平地面P 点。再把小球2 静置于斜槽轨道末端，
让小球1 仍从S 处由静止滚下，小球1 和小球2 碰撞后分别落在复写纸上，在白纸上
留下各自落点的痕迹。
图3
(1)实验中，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的，可以通过测量小球做平抛运
动的射程来解决这个问题。确定碰撞前后落点的位置P、M、N，用刻度尺测量出水平
射程OP、OM、ON。
①本实验必须满足的条件是________。
A.斜槽轨道必须是光滑的
B.斜槽轨道末端必须是水平的
C.小球1 每次必须从同一高度由静止释放
3
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②若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为：
___________________________________________________________________。
③通过测量小球做平抛运动的射程来代替小球的速度，这样做的依据是：
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________。
(2)在上述实验中换用不同材质的小球，其他条件不变，可以改变小球的落点位置。下
面三幅图中，可能正确的落点分布是________
答案 (1)①BC ②m1·OP＝m1·OM＋m2·ON ③小球离开斜槽末端做平抛运动，竖
直方向满足y＝gt2，下落高度一定，运动时间相同；水平方向满足x＝vt，水平位移与
平抛初速度成正比 (2)B
解析 (1)因小球在斜槽末端的速度与平抛的水平位移成正比，所以斜槽是否光滑对
影响不大，
该实验
A
；斜槽末端保持水平，是
了保
它
在水平碰撞后做平抛
错误
为
证
们
运
，
动B 正确；小球1 每次必
从同一高度
放，保
尽可能每次碰撞情况相同，
须
释
证
C 正
确；小球离开斜槽末端做平抛运
，直方向
足
动竖
满
y＝gt2，下落高度一定，运
相
动时间
同；水平方向
足
满
x＝vt，水平位移与平抛初速度成正比，两球相碰前后的
量守恒，
动
其表达式可表示为m1·OP＝m1·OM＋m2·ON。
(2)碰撞前的
量等于碰撞后的
量，所以
动
动
P 点是碰撞前的位置，M 点是碰撞后的位
置，N 点是被碰小球的下落位置，A、C
，
错误
B 正确。
命题点二 实验方案创新
【真题示例2】 (2020·全国卷Ⅰ，23)某同学用如图4 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：
图4
(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。
4
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(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是：d＝1.000 cm，m1＝1.50×10－2 kg，m2＝0.400 kg，Δt1
＝3.900×10－2 s，Δt2＝1.270×10－2 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δ＝×100%，本次实验δ＝________%(保留1 位有效数字)。
答案 (1)大约相等
(5)m1gt12 m2
(6)0.221 0.212 (7)4
解析 (1)当气
水平
，滑
在
上做匀速运
，所以滑
上的遮光片通
垫导轨
时
块
导轨
动
块
过
两个光
的遮光
相等。
电门
时间
(5)根据冲量的定
可得
义
I＝m1gt12；根据
量改
量的定
可得
动
变
义
Δp＝m2－m2＝m2。
(6)代入数据得I＝m1gt12＝1.50×10－2×9.80×1.50 N·s≈0.221 N·s；
Δp＝m2＝0.400×1.000×10－2×kg·m/s≈0.212 kg·m/s。
(7)根据定
可得
义
δ＝×100%≈4%。
【针对训练2】 (2021·江西
潭二模
鹰
)某同学用如图5 甲所示的装置验证碰撞中动量
守恒。一根长为L 的轻质不可伸缩细线一端拴住质量为mA的小钢球A，细线的另一
端固定在悬点O，在最低点的前后放置一光电门，光电门前的水平面上放一质量为
mB的金属物块B，物块的上表面中央固定一轻质的遮光片。现将小球向右拉至细线水
平后静止释放，小球在最低点与物块碰撞后反弹上升，测出小球反弹上升时细线的最
大偏角为θ，光电门记录的挡光时间为t，已知重力加速度为g。则
图5
5
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(1)用20 分度的游标卡尺测遮光片的宽度如图乙所示，则遮光片的宽度d＝
______mm；
(2)小球与物块的质量大小关系为mA________mB(选填“>”“＝”或“<”)；
(3)验证小球与物块在碰撞过程中动量守恒的表达式为________(用字母mA、mB、L、
d、θ、t、g 表示)。
答案 (1)4.35 (2)< (3)(1＋)mAt＝mBd
解析 (1)主尺
数
读
为4 mm，游标
数是
读
7×0.05 mm＝0.35 mm
故最后
数
读
4 mm＋0.35 mm＝4.35 mm。
(2)小
球与金属物
碰后要求小球反
，故
钢
块
弹
mA<mB。
(3)
小球在碰撞前、后的速度大小分
设
别为v1、v2，由机械能守恒定律有
mAgL＝mAv
mAgL(1－cos θ)＝mAv
碰后物
的速度
块
v＝
由碰撞中动量守恒有mAv1＝mBv－mAv2
可得mAt＝mBd。
1.(2021·安徽宿州模拟)某实验小组用光滑导轨验证滑块碰撞过程中动量守恒。实验
装置如图1 甲所示，两滑块置于导轨上，其中滑块2 左侧粘有橡皮泥。
图1
(1)电火花计时器固定在紧靠导轨左端并连接在50 Hz 交流电源上，将纸带穿过计时
器并固定在滑块1 的左端(图中未画出)，调节电火花计时器的高度使纸带始终与导轨
平行。
主要步骤：
①实验前应调节导轨底部的调节旋钮，使导轨________；
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②把滑块2 放在导轨的中间，使滑块1 置于左端弹射架上；
③先________，然后________，让滑块1 带动纸带一起运动；(选填“接通电源”“释
放滑块1”“释放滑块2”)
④取下纸带，重复步骤②③，选出理想的纸带；
⑤用天平测得滑块1 的质量为300 g，滑块2(包括橡皮泥)的质量为346 g。
(2)某次实验打出的纸带如图乙所示(纸带上的点为计时点)。两滑块碰撞之前系统的
总动量为________kg·m/s；两滑块碰撞之后系统的总动量为________kg·m/s(结果均
保留3 位有效数字)。
答案 (1)①水平 ③接通电源 释放滑块1 (2)0.390 0.388
解析 (1)①
前
底部的
旋
，使
水平。
实验
应调节导轨
调节
钮
导轨
③根据
操作步
可知，先接通
源然后
放滑
实验
骤
电
释
块1。因
滑
为
块1 置于左端
射架
弹
上。
(2)滑块1 向右运
与滑
动
块2 碰撞粘在一起，所以粘前速度
大，那么碰撞前的速度
较
v
＝ m/s＝1.3 m/s
两滑
碰撞之前系
的
量
块
统
总动
为
p＝m1v＝0.390 kg·m/s
与滑块2 碰撞后粘在一起的速度
v′＝ m/s＝0.6 m/s
碰后
量
总动
为p′＝(m1＋m2) v′
＝0.388 kg·m/s。
2.(2021·重
模
庆
拟)某学习小组采用图2 甲所示气垫导轨装置验证滑块碰撞过程中的
动量守恒。其主要实验步骤如下，请回答下列问题。
图2
(1)用天平测得滑块A、B(均包括挡光片)的质量分别为m1、m2；用游标卡尺测得挡光片
的宽度均为d。若某次用游标卡尺测量挡光片的宽度时的示数如图乙所示，则其读数
为________mm。
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(2)充气后，调节气垫导轨下面的旋钮，导轨左侧放一个滑块并推动滑块，滑块通过两
个光电门时，若与光电门1、2 相连的计时器测得的挡光时间分别为0.05 s、0.06s，则
应使导轨右端________(选填“调高”或“调低”)，直至滑块在导轨上运动，通过两
个光电门时________________，说明气垫导轨已经调节水平。
(3)滑块B 放在两个光电门之间，滑块A 向左挤压导轨架上的轻弹簧，并释放滑块A，
滑块A 一直向右运动，与光电门1 相连的计时器的示数只有一个，为t1，与光电门2
相连的计时器的示数有两个，先后为t2、t3。
(4)在实验误差允许范围内，若表达式________(用测得的物理量表示)成立，说明滑块
A、B 碰撞过程中动量守恒；若表达式________(仅用t1、t2和t3表示)成立，说明滑块A、
B 碰撞过程中机械能和动量均守恒。
答案 (1)5.20 (2)调低 两个计时器显示的时间相等 (4)＝＋ ＋＝
解析 (1)游
卡尺的
数
标
读
为5 mm＋×4＝5.20 mm。
(2)同一滑
通
两个光
，由
块
过
电门
v＝知，
的速度小，可知滑
做减速运
，
时间长
块
动导轨
右端
低一点，直至两个
器
示的
相等，即
明滑
做匀速运
，
已
应调
计时
显
时间
说
块
动导轨
成水平。
调
(4)滑块A 碰前速度v＝，碰后速度v1＝，滑块B 碰后速度v2＝，在
差允
范
实验误
许
围
内，若表达式m1v＝m1v1＋m2v2
即＝＋
明碰撞
程中
量守恒；若表达式
说
过
动
m1v2＝m1v＋m2v
即＝＋
立解得＋＝
联
明碰撞
程中机械能和
量均守恒。
说
过
动
8
