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6.4 实验：验证机械能守恒定律、验证动量守恒定律专项训练
2027 届高考物理一轮复习
一、验证机械能守恒定律
1．在“探究加速度与力、质量的关系”和用橡皮筋“探究做功与物体速度变化的关系”实验中
（1）都是通过分析纸带上的点来测量物理量，下列说法正确的是______
A．都需要分析打点计时器打下的第一个点 B．都不需要分析打点计时器打下的第一个点
C．一条纸带都只能获得一组数据 D．一条纸带都能获得多组数据
（2）如图是两条纸带的一部分，A、B、C、…、G 是纸带上标出的计数点，每两个相邻的计数点之间还有4
个打出的点未画出。其中图_____（填“甲”或“乙”）所示的是用橡皮筋“探究做功与物体速度变化的
关系”的实验纸带。“探究加速度与力、质量的关系”实验中，小车的加速度大小a=_____m/s2（保留2 位
有效数字）。
（3）在用橡皮筋“探究做功与物体速度变化的关系”实验中，平衡阻力后，小车与橡皮筋组成的系统在
橡皮筋恢复形变前机械能_____（填“守恒”或“不守恒”）。
2．某同学利用图甲所示装置，探究某弹簧弹性势能的大小与其形变量的关系。图甲中水平和倾斜轨道均
为光滑轨道，轨道之间平滑连接。将该弹簧右端固定，用小球压缩弹簧，使其压缩
后由静止释放小球，
小球脱离弹簧后冲上倾斜轨道。测量出对应的弹簧形变量
和小球在倾斜轨道上上升的最大高度
。根据
和
的关系完成探究。实验过程中，弹簧始终在弹性限度内。
(1)为了探究弹性势能的大小与弹簧形变量的关系，本实验_____（选填“需要”或“不需要”）测量小球
的质量；
(2)多次实验后，以
为纵坐标，
为横坐标得到如图乙所示一条过坐标原点的倾斜直线，则弹簧的弹性
势能与_____（选填“
”、“
”或“x”）成正比；
(3)若另一同学实验时所用弹簧及小球均相同，但所选用轨道的倾斜部分与小球间的摩擦不可忽略，且摩
擦因数处处相同，则其所做的
图像与图乙相比会发生的变化为_____。
3．某实验小组同时测量A、B 两个箱子质量的装置图如图甲所示，其中D 为铁架台，E 为固定在铁架台上
的轻质滑轮（质量和摩擦可忽略不计），F 为光电门，C 为固定在A 上、宽度为d 的细遮光条（质量不
计），另外，该实验小组还准备了刻度尺和一套总质量
的砝码。
(1)在铁架台上标记一位置O，并测得该位置与光电门F 之间的距离为h。取出质量为m 的砝码放在A 箱子
中，剩余砝码全部放在B 箱子中，让A 从位置O 由静止开始下降，则A 下落到F 处的过程中，A 箱与A 箱中
砝码的整体机械能是______（选填“增加”、“减少”或“守恒”）的。
(2)测得遮光条通过光电门的时间为
，根据所测数据计算得到下落过程中的加速度大小
______（用
d、
、h 表示）。
(3)改变m，测得相应遮光条通过光电门的时间，算出加速度a，得到多组m 与a 的数据，作出
图像如
图乙所示，可得A 的质量
______kg，
______kg。（取重力加速度大小
，计算结果保
留两位有效数字）
4．如图所示的单摆摆线长为l，摆球直径为d
(1)①利用该单摆测量当地的重力加速度g，测得单摆周期为T。则测量重力加速度g 的表达式为
__________；
②以下是实验过程中的一些做法，其中正确的是_____；
A．摆线粗些、弹性好些
B．摆球密度大些，体积小些
C．由静止释放摆球的同时开始计时，当摆球回到初始位置停止计时，由此测得单摆振动周期T
D．单摆周期大些，可以提高测量精度，因此在拉开摆球时应使摆线与竖直方向有较大的角度
(2)将该单摆置于机车上，测量机车在水平路面上启动过程中的加速度。在机车上观测到摆线偏离竖直方
向的角度为θ 角，则该机车加速度为__________（已知重力加速度g）；
(3)利用该单摆验证机械能守恒。将摆线拉直至水平位置，静止释放，则摆球绕悬点在竖直面内做圆周运
动，为了测量小球摆到最低点时的速度，在该位置放置了光电门，小球通过光电门的挡光时间为Δt，则
从静止到最低点过程中，
①机械能守恒需要验证的表达式为_____（用题目中的已知量表示，当地重力加速度为g）
②实验发现小球重力势能的减小量小于动能的增加量，则可能的原因是__________
A．空气阻力对小球做负功
B．摆线没有拉直时静止释放
C．光电门位置偏低，小球球心没过光电门
5．某物理兴趣小组利用图甲所示装置验证机械能守恒定律，当地的重力加速度大小为
。
(1)本实验中，下列说法正确的是________
A．先让重锤下落，后接通电源
B．可以根据
来计算重物在t 时刻的瞬时速度
C．安装打点计时器时，应使两个限位孔处于同一竖直线上
(2)所用重物的质量为1.00kg。若按实验要求正确地选出纸带进行测量，量得连续三点A、B、C 到第一个点
O 的距离如图所示（相邻计数点时间间隔为0.02s）。按要求将下列问题补充完整。
①纸带的________（左、右）端与重物相连；
②从起点O 到打下计数点B 的过程中重力势能减少量是
________J，此过程中物体动能的增加量
________J。通过计算，数值上
，原因是________。（计算结果均保留两位有效数字）
6．某同学用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律。已知当地重力加速度为
。
(1)下列实验器材中不必要的是_____（选填字母序号）。
A．秒表
B．交流电源
C．刻度尺
D．弹簧秤
(2)某次实验时，得到一条纸带如图乙所示。在纸带上选取连续的三个点
、
、
和另外连续的三个点
、
、
，测得
、
之间的距离为
，
、
之间的距离为
，
、
之间的距离为。若重物的质量为
，交流电源频率为
，可得从
到
的过程中，重物的重力势能减少量
_____，重物的动能增加量
_____。（均用题中所给相关物理量的字母表示）
二、验证动量守恒定律
7．某实验小组采用如图甲所示的装置做验证动量守恒定律的实验。在桌面上放置气垫导轨，导轨上安装
光电门1 和2，带有遮光片的滑块A、B 的质量分别为
、
，两遮光片沿运动方向的宽度均为d，实验
过程如下：①打开气源，调节气垫导轨成水平状态；②由左侧弹射架固定的位置弹出滑块A，测得滑块A
的遮光片通过光电门1 的挡光时间为
；③滑块A 与静止的滑块B 碰撞[通过弹性钢圈（见图乙）作用]
后，滑块B 向右运动，测得滑块B 的遮光片通过光电门2 的挡光时间为
；滑块A 反弹，测得滑块A 的遮光
片经过光电门1 的挡光时间为
。
(1)用螺旋测微器测量遮光片的宽度，如图丙所示，读数为______mm。
(2)
、
应满足的关系为
______
（选填“＞”“＝”或“＜”）。滑块A 碰撞后速度大小为
______。
(3)利用题中所给物理量的符号表示动量守恒定律成立的等式为______，若碰撞为完全弹性碰撞，则动能
守恒的等式为______。
(4)若实验中未严格调节气垫导轨成水平状态，导致气垫导轨左端高，其他操作均正确，则滑块A 在碰撞前
的实际速度与测量值相比_______（选填“偏大”“偏小”或“不变”），理由是_______。
(5)若将弹性钢圈替换为可发生完全非弹性碰撞的粘扣，其他操作均正确，碰撞后滑块A、B 粘在一起共同
运动，已知碰撞后滑块B 的遮光片通过光电门2 的时间为
，则验证动量守恒定律成立的等式为_______。
8．庆安同学找了几枚硬币，在实验室中验证动量守恒定律，某次实验主要操作如下：
A．用同一张A4 纸剪成与硬币等大的圆形纸盘，并粘贴在硬币的正反面上；
B．称量出贴有纸盘的硬币质量分别为
、
；
C．将一张长方形白纸固定在水平放置的长木板上，在纸上画出一条长直虚线；
D．将硬币A 放置在图中虚线上的S 处，将塑料短尺掰弯并用挡板挡住，迅速拿走挡板释放短尺，短尺敲打
硬币A，A 沿虚线运动至P 处停下，用铅笔记录下P 的位置；
E．将硬币B 放置在虚线上M 处，再将硬币A 放回S 处，让短尺掰弯程度与步骤D 中相同，释放短尺，A 被
短尺敲打后，运动到O 处与B 发生正碰，碰后硬币A 停在Q 处，硬币B 停在N 处，用铅笔记录好O、M、Q、
N 的位置；
F．测量OP、OQ、MN 的距离分别为
、
、
；
请回答下列问题：
(1)下列器材中，本实验需要用到的有（ ）
A．刻度尺
B．电子天平
C．秒表
(2)若所测物理量满足表达式________（用题中的符号表示），则说明A、B 碰撞过程中动量守恒。
(3)根据所测物理量________（填“能”或“不能”）判断该碰撞是否为弹性碰撞。
9．如图所示为某小组验证动量守恒的实验，在内壁光滑、水平固定的金属管中放有轻弹簧，弹簧压缩并
锁定，在金属管两端各放置一个金属小球1 和2（两球直径略小于管径且与弹簧不相连），现解除弹簧锁
定，两个小球同时沿同一直线向相反方向弹射，然后按下列步骤进行实验：
①用天平测出两球质量
、
；
②用刻度尺测出小球1 的落点P 到管口M 的水平距离
③用刻度尺测出两管口离地面的高度h；
回答下列问题：
(1)还需要测量的一个物理量是____________；
(2)利用上述测得的实验数据，验证动量守恒的表达式是_________________；
(3)已知当地重力加速度为g，则解除弹簧锁定前，弹簧的弹性势能是______________。
10．某同学用如图甲所示装置进行“验证动量守恒”实验。他将打点计时器固定在长木板的一端，把纸带
穿过打点计时器与小车A 相连接，A 的前方有撞针，小车B 后面有橡皮泥，两车碰撞后可以粘在一起运
动。
(1)在本实验中______（选填“需要”或“不需要”）平衡摩擦力，______（选填“需要”或“不需
要”）满足A 的质量大于B 的质量。
(2)图乙是某次实验得到的纸带，
、
、
、
、
为选取的计数点，各计数点间的距离已标在图中。
根据图乙，计算两小车碰撞后的速度大小，应选择纸带上的______、（选填“BC”、“CD”或“DE”）。
小车A 的质量为
，小车B 的质量为
，已计算出碰前两车的总动量为0.6848kg·m/s，利用图乙
的数据，碰后两车的总动量为______kg·m/s。（保留四位有效数字）。
(3)下列说法正确的是______
A．在本实验中，让小车B 有一个向右的初速度，则无法验证动量守恒定律
B．在本实验中，可以通过小车B 连接纸带向左运动和A 相撞的方式来验证动量守恒定律
C．如果两车碰撞后未能粘在一起，则动量不守恒
11．某实验小组用如图甲所示的装置来验证两个小球在斜槽末端碰撞时的动量守恒。A、B 为两个直径相
同的小球，质量分别为
、
，且
。起初先不放B 球，让A 球从
点由静止释放，落至
点；放
上B 球后，再次释放A 球，两球分别落至
点、
点。
(1)关于该实验的要求，下列说法正确的是________。
A．斜槽末端必须是水平的
B．斜槽轨道必须是光滑的
C．需要测出小球的直径
D．放上小球B 后，A 球必须仍从
点由静止释放
(2)如图甲，接球板水平放置，
点为斜槽末端在接球板上的投影点，实验中，测出
、
、
的长
度分别为
、
、
，若两球碰撞时动量守恒，应满足的表达式为________（用题中所给的物理量表示）。
(3)如图乙，改变接球板的放置，使其一端紧靠在斜槽末端，重复第一次的实验操作，在接球板上得到三个
落点
、
、
，其中
点为斜槽末端与接球板的接触点，测出
、
、
长度分别为、
、
，
若两球碰撞时动量守恒，应满足的表达式为________（用题中所给的物理量表示）。
12．用图甲实验装置验证动量守恒定律。已知入射小球质量为
，被碰小球质量为
。记录小球抛出点
在地面上的垂直投影点O，测出碰撞前后两小球的平均落地点的位置M、P、N 与O 的距离分别为
、
、
，如图乙，分析数据：
(1)若入射小球半径为
，被碰小球半径为
，为满足实验要求，则需要________；（填字母代号）
A．
，
B．
，
C．
，
D．
，
(2)关于本实验，下列说法正确的是________；
A．斜槽轨道必须光滑
B．斜槽轨道末端必须水平
C．实验过程中，复写纸和白纸都可以移动
D．小球
每次必须从斜槽轨道同一位置释放
E．需用秒表测定小球在空中飞行的时间
(3)若两球碰撞时的动量守恒，应满足的关系式为________；若碰撞是弹性碰撞，则还应满足________（用
题中所给物理量的符号表示）
参考答案
1． BC 甲 0.40 不守恒
2．(1)不需要
(2)
(3)斜率会变小
3．(1)减少
(2)
(3) 2.0 1.4
4．(1)
B
(2)
(3)
C
5．(1)C
(2) 左 0.49 0.48 存在空气阻力、纸带和打点计时器间有摩擦
6．(1)AD
(2)
7．(1)4.219/4.220/4.221
(2) ＜
(3)
(4) 偏大 滑块A 沿轨道向右做加速运动或滑块A 沿轨道方向有加速度
(5)
8．(1)AB
(2)
(3)能
9． 还需要测量球2 的落点Q 到管口N 的水平距离x2； m1x1=m2x2
10．(1) 需要 不需要
(2) DE 0.6840
(3)A
11．(1)AD
(2)
(3)
12．(1)C
(2)BD
(3)
或x3=x1+x2
