文档文本内容
关注公众号:陆陆高分冲刺 ~领取:最新版“中考高考-总复习”~~~
第25 讲 实验验证动量守恒定律
目录
考情探究...........................................................................................................................
知识梳理...........................................................................................................................
探究核心考点...................................................................................................................
考点一 平抛法验证........................................................................................................................
考点二 摆动法验证........................................................................................................................
考点三 频闪法验证........................................................................................................................
考点四 气垫导轨、光电门验证....................................................................................................
考点五 利用反冲验证....................................................................................................................
三阶突破训练...................................................................................................................
基础过关..........................................................................................................................................
能力提升..........................................................................................................................................
真题感知..........................................................................................................................................
一、5 年真题考点分布
5 年考情
考题示例
考点分析
关联考点
2024 年新课标卷,第9 题
利用平抛
2024 年山东卷,第13 题
2022 年全国甲卷,第10 题
利用气垫导轨、光电门
2023 年辽宁卷,第11 题
利用摩擦力
1
关注公众号:陆陆高分冲刺 ~领取:最新版“中考高考-总复习”~~~
2022 年浙江1 月卷,第23 题
利用传感器
二、命题规律及备考策略
【命题规律】本节内容是新高考卷的常考内容。
【备考策略】1.理解、掌握验证动量守恒定律的实验原理、实验装置、实验步骤、数据分析、误差分析。
2.熟悉验证动量守恒定律的各种创新实验。
3.具备数形结合的思想意识。
【命题预测】本讲内容是新高考卷的常考内容。
一、实验原理
在一维碰撞中,测出相碰的两物体的质量m1、m2和碰撞前、后物体的速度v1、v2、v1′、v2′,算出碰撞
前的动量p=m1v1+m2v2及碰撞后的动量p′=m1v1′+m2v2′,比较碰撞前、后动量是否相等。
二、实验方案及实验过程
方案一:研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
1.实验器材
气垫导轨、数字计时器、天平、滑块(两个)、弹簧、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等。
2.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。
3.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′。
方案二:研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
2
关注公众号:陆陆高分冲刺 ~领取:最新版“中考高考-总复习”~~~
1.实验器材
斜槽、小球(两个)、天平、复写纸、白纸、圆规、铅垂线等。
2.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。
(6)验证: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+
m2·ON,计算并判断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。
3.数据处理
验证的表达式:m1·OP=m1·OM+m2·ON。
三、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、共同点
1.不变的实验原理
两个物体发生碰撞,测量出两个物体的质量以及碰撞前后两个物体的速度。
2.通用的数据处理方法
计算碰撞之前的总动量m1v1+m2v2和碰撞之后的总动量m1v1′+m2v2′。
3
关注公众号:陆陆高分冲刺 ~领取:最新版“中考高考-总复习”~~~
3.共同的注意事项
(1)碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”。
(2)选质量较大的小球作为入射小球,即m 入>m 被碰。
4.一致的误差分析思路
(1)主要来源于质量m1、m2的测量。
(2)小球落点的确定。
(3)小球水平位移的测量。
考点一 平抛法验证
典例1.(2025·山东省济南市·一模)碰撞恢复系数
,其中
和
分别为碰撞前两物体的速
度,
和
分别为碰撞后两物体的速度。某同学利用如图所示的实验装置测量半径相同的钢球A 和玻璃球
B 的碰撞恢复系数。实验步骤如下:
①用电子天平测量出钢球A 和玻璃球B 的质量分别为m1、m2。
②调节斜槽末端水平并找到斜槽末端在白纸上的竖直投影点O。
③将钢球A 从斜槽上某一位置S 由静止释放,落到复写纸上并在白纸上留下痕迹。重复上述操作多次,得
到多个落点痕迹,找到平均落点P。
④将玻璃球B 放在斜槽末端,再将钢球A 从位置S 由静止释放,两球碰撞后落到复写纸上并在白纸上留下
痕迹:重复上述操作多次,分别找到A、B 两球
平均落点M、N。
⑤用刻度尺测量出线段OP、OM 和ON 的长度分别记为
、
和
。试分析下列问题。
(1)关于实验操作和过程,下列说法正确的是( )
4
关注公众号:陆陆高分冲刺 ~领取:最新版“中考高考-总复习”~~~
A. 实验时需测量小球开始释放时距离斜槽末端的高度h
B. 实验装置中的铅垂线是用来判断斜槽末端是否水平的
C. 实验时每次释放钢球A 的位置必须相同,斜槽是否光滑对实验结果无影响
(2)两球的碰撞恢复系数
__________(用
、
、
表示);
(3)将玻璃球B 换成大小相同的其它材质小球,测得其质量为
。重复实验,发现落点N 和P 重合,
则两球的碰撞恢复系数
__________(结果保留2 位有效数字)。
【答案】(1)C (2)
(3)0.33
【解析】
【小问1 详解】
A.本实验需要测量碰撞恢复系数,由碰撞恢复系数
可知,本实验实际是要测量小球的速度,
由装置可以确定本实验采用平抛运动规律测量速度,考虑到所有小球平抛运动下落高度相同,运动时间相
同,故只需要测量水平位即可用以代替平抛初速度,故不需要测量小球开始释放时距离斜槽末端的高度
h,故A 错误;
B.实验装置中的铅垂线是一方面是用来判断斜槽末端是否水平,另一方面也是用以确定初始位置,故B
错误;
C.实验时每次释放钢球A 的位置必须相同,只要释放位置相同斜槽是否光滑对小球到达斜槽末端时的速
度无影响,对实验结果无影响,故C 正确。
故选C。
【小问2 详解】
设小球做平抛运动的时间为t,碰撞前,钢球A 的速度
玻璃球B 的速度为0,碰撞后,球A 的速度
玻璃球B
速度为
故碰撞恢复系数
【小问3 详解】
5
关注公众号:陆陆高分冲刺 ~领取:最新版“中考高考-总复习”~~~
将玻璃球B 换成大小相同的,质量为
的小球后,碰撞前后瞬间,钢球A 与小球组的系统动量守恒有
由于落点N 和P 重合,故
,故
故两球的碰撞恢复系数
典例2.(2025·宁夏回族自治区吴忠市盐池县·二模)某实验小组想用多种方式验证动量守恒定律。
小明同学选取两个体积相同、质量不等的小球,先让质量为
的小球从轨道顶部由静止释放,由轨道末端
的
点飞出并落在斜面上。再把质量为
的小球放在
点,让小球
仍从原位置由静止释放,与小球
碰后两小球均落在斜面上,分别记录落点痕迹,其中
、
三个落点的位置距离
点的长度分别
为
、
、
。
(1)用游标卡尺测得两小球的直径均如图乙所示,则小球直径
___________cm。
(2)关于该实验,下列说法正确的是___________。
A. 必须满足
B. 轨道必须光滑
C. 轨道末端必须水平
D. 落点位置需要多次测量取平均值
(3)在实验误差允许的范围内,若满足关系式___________,则可认为两球碰撞过程中动量守恒(用题目
中的物理量表示)。
(4)若两小球的质量满足
,若满足
___________
(用
表示),则可证明两球间的碰
撞是弹性的。
(5)小帅同学利用该套装置做了一个新实验,仅改变小球
的质量(两小球质量关系仍符合题干条件),
其他条件均不变,将小球
多次从轨道顶部由静止释放,与不同质量的小球
相碰,分别记录对应的落
点到
点距离
,以
为横坐标、
为纵坐标作出图像,若该碰撞为弹性碰撞,则
下列图像正确的是___________。
6
关注公众号:陆陆高分冲刺 ~领取:最新版“中考高考-总复习”~~~
A.
B.
C.
【答案】(1)1.070 (2)ACD
(3)
(4)
(5)C
【解析】
【小问1 详解】
游标卡尺的读数
【小问2 详解】
A.为了保证小球
碰后不被反弹,所以
,故A 正确;
B.只要保证小球
每次到达
点的速度相同即可,轨道无须光滑,故B 错误;
C.为了保证小球做平抛运动,轨道末端必须水平,故C 正确;
D.多次测量可以减小偶然误差,故D 正确。
故选ACD。
【小问3 详解】
小球从
点飞出后均为平抛运动,假设小球位移为
,由平抛运动的知识可得
,
解得
由碰撞规律可知,
点是小球
第一次的落点,
和
分别是碰后小球
和
的落点,碰撞过程满足
动量守恒
带入可得
【小问4 详解】
若为弹性碰撞,则碰撞前后动能守恒
动量守恒
7
关注公众号:陆陆高分冲刺 ~领取:最新版“中考高考-总复习”~~~
联立解得
带入前问解析中的速度可得
【小问5 详解】
小球
的碰前速度保持不变,则
不变,根据前问解析动量守恒关系式可写成
能量守恒关系式可写成
联立可得
故选C。
跟踪训练1.(2025·吉林省白城市第一中学·一模)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
,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______。
【答案】(1)> (2) ①.
②. 小球离开斜槽末端后做平抛运动,竖直方
向高度相同故下落时间相同,水平方向匀速运动直线运动,小球水平飞出时的速度与平抛运动的水平位移
成正比。
【解析】
【小问1 详解】
为了保证小球碰撞为对心正碰,且碰后不反弹,要求
;
【小问2 详解】
8
关注公众号:陆陆高分冲刺 ~领取:最新版“中考高考-总复习”~~~
[1]两球离开斜槽后做平抛运动,由于抛出点的高度相等,它们做平抛运动的时间t 相等,碰撞前a 球的速
度大小
碰撞后a 的速度大小
碰撞后b 球的速度大小
如果碰撞过程系统动量守恒,则碰撞前后系统动量相等,则
整理得
[2]小球离开斜槽末端后做平抛运动,竖直方向高度相同故下落时间相同,水平方向匀速运动直线运动,小
球水平飞出时的速度与平抛运动的水平位移成正比。
跟踪训练2.(2025·黑龙江省大庆市大庆中学·三模)在“验证动量守恒定律”中,三个实验小组分别设计
了如图(a),(b),(c)三个实验装置。
(1)为了保证小球A 碰撞小球B 之前
速度不变,每次由静止释放小球A 时必须从斜槽上______滚下。
(2)两个小球碰撞之后都直接向前作平抛运动,则小球A 的质量
与小球B 的质量
应满足
______
(填“>”“<”或“=” )。
(3)一实验小组采用图(a)所示装置进行实验,则能验证两个小球碰撞过程动量守恒的关系式为______
(用
、
、
、
、
表示)。
(4)另外两实验小组分别采用图(b),图(c)所示装置进行实验,要验证两个小球碰撞过程动量守恒,
以下有两个关系式:关系式①:
;关系式②:
,则采用图
(b)实验装置验证应该是关系式______(填“①”或“②”)。
【答案】(1)同一位置静止
9
关注公众号:陆陆高分冲刺 ~领取:最新版“中考高考-总复习”~~~
(2)> (3)
(4)②
【解析】
【小问1 详解】
为了保证小球A 碰撞小球B 之前的速度不变,每次由静止释放小球A 时必须从斜槽上同一位置静止静止滚
下。
【小问2 详解】
为了避免入射小球发生反弹,使两个小球碰撞之后都直接向前作平抛运动,则小球A 的质量
与小球B
的质量
应满足
>
。
【小问3 详解】
小球做平抛运动,则有
,
,
,
根据动量守恒定律有
解得
【小问4 详解】
图(b)中令木板与小球飞出点之间的间距为L,则有
,
,
竖直方向有
,
,
根据动量守恒定律有
解得
可知,采用图(b)实验装置验证应该是关系式②。
考点二 摆动法验证
典例1.(2025·河北省保定市定州中学·一模)某实验小组采用如图所示的装置验证动量守恒定律,小球
a、b 均为质量均匀分布的弹性小球,小球a 自由悬垂状态时恰好与支架上的小球b 接触,已知两小球的质
量关系为
,两小球的球心位于同一水平线上。
10
关注公众号:陆陆高分冲刺 ~领取:最新版“中考高考-总复习”~~~
(1)除了图中画出的器材之外,实验还需要的器材有__________(填正确答案标号)。
A. 天平和砝码
B. 刻度尺
C. 秒表
D. 弹簧测力计
(2)除了图中标识的小球a 由静止释放时细悬线与竖直方向的角度
、小球b 在支架上静止时小球到地面
的距离h、碰撞后小球b 的水平位移x 之外,实验中还需要测量的物理量有__________(填正确答案标
号)。
A. 小球a、b 的质量
B. 释放时小球a 的球心到悬点的距离L
C. 小球a 从释放到与小球b 碰撞前运动的时间
D. 碰撞后细悬线偏离竖直方向的最大角度
E. 从碰撞到落地过程小球b 运动的时间
(3)在误差允许的范围内,如果验证的关系式____________________(用图中标出的物理量及(2)中提
到的物理量的字母表示)成立,则说明小球a、b 对心碰撞过程中满足动量守恒定律。
【答案】(1)AB (2)ABD
(3)
【解析】
【小问1 详解】
验证动量守恒定律需要用天平和砝码称出两个小球的质量,需要刻度尺测量高度、长度等物理量,不需要
秒表和弹簧测力计,实验还需要的器材有AB
【小问2 详解】
根据机械能守恒定律有
解得碰前瞬间小球a 的速度
同理根据机械能守恒定律有
解得碰后瞬间小球a 的速度
11
关注公众号:陆陆高分冲刺 ~领取:最新版“中考高考-总复习”~~~
根据平抛运动规律对小球b 有
解得
如果碰撞过程中满足动量守恒定律,则有
结合上述分析,可知还需要测量的物理量有ABD。
【小问3 详解】
将
,
,
代入
化简可得
在误差允许范围内,满足此关系式即可验证小球a、b 对心碰撞过程中动量守恒。
跟踪训练1.(2025·湖南省长沙市湖南师大附中·一模)利用图甲装置验证动量守恒定律,将钢球
用细线
悬挂于
点,钢球
放在离地面高度为
的支柱上,
点到
球球心的距离为
。将
球拉至悬线与竖直线夹角为
,由静止释放后摆到最低点时恰与
球正碰,碰撞后
球运动到竖直线夹角
处,
球落到地面上,测出
球的水平位移,当地重力加速度为
。
(1)改变
角的大小,多次实验,发现钢球
、
碰撞过程不仅动量守恒,机械能也守恒,得到
的关系图线如图乙,则钢球
、
的质量之比
___________。(保留2 位有效数字)
(2)若在钢球
的被碰位置贴一小块棉布,依然将
球拉至悬线与竖直线夹角为
由静止释放,增大的
物理量是( )
A. 碰后
球的水平位移
B. 碰后
再次到达最高点的夹角
C. 碰撞过程中系统的总动量
D. 碰撞过程中系统动能的损失
12
关注公众号:陆陆高分冲刺 ~领取:最新版“中考高考-总复习”~~~
(3)某同学观察到,在台球桌面上,台球
以初速度
和静止的球
发生斜碰时,碰后两球的速度方向
将不在同一直线上,如图乙所示。已知两球大小相同,质量相等,若两球碰撞过程无能量损失,碰后两球
速度方向与初速度的夹角分别为
和
,则
和
满足的关系为_____________。
【答案】(1)3.0 (2)BD
(3)
【解析】
【小问1 详解】
选取向左为正方向,碰撞过程中动量守恒和机械能守恒,则有
,
联立解得
当
时,
,则
由乙图可知,
时,有
做平抛运动,则
代入数据得
联立可得
【小问2 详解】
AB.碰撞过程中,动量守恒,两球作用的时间变长,
球获得的速度变小,则碰撞后
球水平位移减小,
球碰后速度较之前变大,则碰后夹角
变大,
故A 错误,B 正确;
C.若在钢球
的被碰位置贴一小块棉布,依然将
球拉至悬线与竖直线夹角为
由静止释放,碰撞过程
中,动量守恒,碰撞过程中系统总动量不变,故C 错误;
D.贴一小块棉布后,碰撞过程中,动量守恒,碰撞过程中系统总动量不变,系统动能损失变大,故D 正
确。
故选BD。
【小问3 详解】
13
关注公众号:陆陆高分冲刺 ~领取:最新版“中考高考-总复习”~~~
设两球的质量均为
,在
方向与垂直
方向上由动量守恒定律可得
,
又由能量守恒得
结合以上三式可得
即
考点三 频闪法验证
典例1.(2025·北京市东城区·一模)如图所示,某同学用频闪相机记录P、Q 两球的碰撞过程。图中共记
录了连续7 次闪光的照片,碰撞前相邻两曝光时刻P 球的球心间距为
;碰后相邻两曝光时刻,P 球的球
心间距为
,Q 球的球心间距为
。碰撞后P、Q 两球的运动方向与P 球原运动方向的夹角分别为
、
。
已知两球的质量相等,不计一切摩擦。下列说法正确的是( )
A. 若碰撞过程中动量守恒,则一定有
B. 若碰撞过程中动量守恒,则一定有
C. 若碰撞过程中机械能、动量都守恒,则一定有
,且
D. 若碰撞过程中机械能、动量都守恒,则一定有
,且
【答案】D
【解析】设闪光的时间间隔为:
AB.若碰撞过程中动量守恒,需要满足
,
约分后有
,
14
关注公众号:陆陆高分冲刺 ~领取:最新版“中考高考-总复习”~~~
故AB 错误;
CD.若碰撞过程中机械能、动量都守恒,还需要满足
整理可得
碰撞前后总动量方向在同一直线上,如图所示
由于
可知
故D 正确,C 错误。
故选D。
考点四 气垫导轨、光电门验证
典例1.(2025·长沙雅礼中学·二模)某学习小组利用如图甲所示的装置验证动量守恒定律,其中左、右两
侧的光电门可以记录挡光片通过光电门的挡光时间,两滑块上挡光片的宽度相同。
主要步骤如下:
a.测得滑块
(含挡光片)的总质量为
,根据挡光片调节光电门到合适的高度;
b.将力传感器固定在气垫导轨左端支架上,加速度传感器固定在滑块
上;
c.接通气源,放上滑块,调节气垫导轨,使滑块能
导轨上保持静止状态;
d.弹簧处于原长时右端位于
点,将滑块
向左水平推动,使弹簧右端压至
点,稳定后由静止释放滑块
,并开始计时;
e.计算机采集获取数据,得到滑块
所受弹力大小
、加速度大小
随时间变化的图像如乙所示;
f.滑块
与弹簧分开后,从导轨的左侧向右运动,穿过左侧光电门与静止在两光电门之间的滑块
发生碰
撞,光电门记录的挡光片挡光时间如下表所示。
15
关注公众号:陆陆高分冲刺 ~领取:最新版“中考高考-总复习”~~~
(1)在调节气垫导轨水平时,开启充气泵,将一个滑块轻放在导轨上,轻推滑块,让滑块从左向右运动,
先后通过光电门1 和光电门2。若滑块通过光电门1 时的挡光时间比通过光电门2 时的挡光时间长,应调节
旋钮使气垫导轨右侧高度________(选填“升高”或“降低”)。
(2)通过计算机处理数据可得
和
图像与坐标轴围成的面积分别为
、
,则滑块
(含挡光
片与加速度传感器)的总质量
________。
(3)若
、
、
、
、
满足关系式________,则可验证滑块
、
组成的系统碰撞前后动量守恒。
光电门
1
光电门
2
碰
前
无
碰
后
【答案】(1)升高 (2)
(3)
【解析】
【小问1 详解】
若滑块通过光电门1 时的挡光时间比通过光电门2 时的挡光时间长,说明滑块加速运动,左端抬得过高,
则应调节旋钮使气垫导轨右侧高度升高。
【小问2 详解】
根据
由题意
,
可知
【小问3 详解】
以碰前A 的速度为正,由表中数据可知碰前A 的速度
碰后A 再次经过光电门1,说明碰后A 反弹,则碰后A 的速度
16
关注公众号:陆陆高分冲刺 ~领取:最新版“中考高考-总复习”~~~
碰后B 的速度
若动量守恒则满足
带入可知
典例2.(2025·河南省名校联盟·二模)某实验小组利用气垫导轨及手机软件“掌声计”(可以连续记录声
响产生的时刻,未画出)验证碰撞过程中动量守恒,导轨右端O 处有挡板,实验装置如图甲所示。该实验
小组选用完全相同的3 个滑块(每个滑块上都有粘扣,可使滑块碰撞后粘在一起)进行实验,主要的实验
步骤如下:
①调整底脚使气垫导轨水平,打开充气机,将滑块1、2 放置在导轨的A、B 位置,使OA=AB,打开“掌声
计”,轻推滑块3,直至1 与挡板发生碰撞,关闭“掌声计”,“掌声计”记录的时间如图乙所示;
②改变1、2 滑块在长木板上放置
位置,始终使OA=AB,重复①步骤,获取多组数据。
根据实验,完成下列问题:
(1)由图乙可知,滑块在B、A 之间运动的时间t1=________s,滑块在A、O 之间运动的时间
t2=________s;(均保留2 位有效数字)
(2)本实验中________(选填“需要”或“不需要”)测量并记录AB 和OA 的长度x;
(3)若实验所测物理量满足关系式________,则验证了两物体碰撞前后动量守恒(用所测物理量的字母
表示)。
【答案】(1) ① 4.0##4.1 ②. 6.0
(2)不需要 (3)
【解析】
【小问1 详解】
每个凸起就是一次碰撞的时刻,第1 个凸起是3 和2 碰撞的时刻,要估读,约为4.9s 或5.0s,第2 个凸起
是2、3 与1 发生碰撞的时刻,约为9.0s,第3 个凸起是1、2、3 与O 碰撞的时刻,约为15.0s,故
,
;
【小问2 详解】
设AB=OA=x,根据
整理有
17
关注公众号:陆陆高分冲刺 ~领取:最新版“中考高考-总复习”~~~
可知x 可消去,故不需要测量x;
【小问3 详解】
若碰撞前后动量守恒,则有
即
整理有
跟踪训练1.(2025·云南省怒江州民族中学·二模)某同学用气垫导轨验证动量守恒定律,实验装置如图1
所示。
(1)实验室有两组滑块装置。甲组两个滑块的碰撞端面装上弹性碰撞架,乙组两个滑块的碰撞端面分别
装上撞针和橡皮泥。若要求碰撞过程动能损失最小,应选择__________(填“甲”或“乙”)组的实验装
置。
(2)用螺旋测微器测量遮光条宽度d,如图2 所示,并将两块宽度均为d 的遮光条安装到两滑块上,可知
遮光条的宽度
__________
。
18
关注公众号:陆陆高分冲刺 ~领取:最新版“中考高考-总复习”~~~
(3)安装好气垫导轨和光电门,接通气源后,在导轨上轻放一个滑块,给滑块一初速度,使它从轨道右
端向左运动,发现滑块通过光电门2 的时间小于通过光电门1 的时间。为使导轨水平,可调节P 使轨道左
端__________(填“升高”或“降低”)一些。
(4)用天平测得滑块A、B 的质量(均包括遮光条)分别为
、
;调整好气垫导轨后,将滑块A 向
左弹出,与静止的滑块B 发生碰撞,碰后两滑块没有粘连,与光电门1 相连的计时器显示的挡光时间为
,与光电门2 相连的计时器显示的先后挡光时间为
和
。从实验结果可知两滑块的质量满足
_______(填“>”“<”或“=”)
;滑块A、B 碰撞过程中满足表达式_______(用所测物理量的符号
表示),则说明碰撞过程中动量守恒。
【答案】 ①. 甲 ②. 6.790##6.791##6.789 ③. 升高 ④.
⑤.
【解析】
【详解】(1)[1]乙组中两滑块碰撞后连成一体运动,是完全非弹性碰撞,动能损失较大,根据题意,应
选择甲组的实验装置。
(2)[2]螺旋测微器的读数为
(3)[3]滑块通过光电门2 的时间小于通过光电门1 的时间,说明滑块从右到左加速运动,为使导轨水平,
可调节
使轨道左端升高一些。
(4)[4]滑块
向左运动,先通过光电门1,与滑块
碰撞后,滑块A 通过光电门2,接着滑块
通过光电
门2,说明碰撞后滑块
向左运动,所以
[5]滑块A、B 碰撞前后动量守恒,则
又
、
、
,代入可得
跟踪训练2.(2025·湘豫名校联考·三模)学习小组利用如图1 所示的装置,测量滑块1、2 的质量
、
(含遮光板)。
实验器材:气垫导轨、滑块1、2(含宽度相同的遮光板)、配重块(质量已知)、弹簧、细线、光电门、
计时器等。
19
关注公众号:陆陆高分冲刺 ~领取:最新版“中考高考-总复习”~~~
实验步骤:
①打开光电门及计时装置,接通气源,调节气垫导轨水平;
②在滑块1 上固定数量不等的配重块,在两个滑块中间压缩轻质弹簧,再用细线把两个滑块连接;
③开始时让两滑块在两光电门中间处于静止状态,然后烧断细线,滑块1、2 分别向左右弹开,经过光电门
时,记录遮光板
挡光时间分别为
、
及配重片的总质量
;
④改变滑块1 上配重片的质量,多次重复实验,记录多组
、
及
值。
数据处理:在坐标纸上以
为纵轴,以配重片总质量
为横轴,画出
图如图2 所示,为一条倾斜
直线,测出纵截距为
,斜率为
。
请回答下列问题:
(1)若每次滑块弹开过程系统动量守恒,根据图像可求出滑块1 质量
___________,滑块2 质量
___________。(均用
、
表示)
(2)每次实验,弹簧的压缩量___________。(选填“可以不同”或“必须相同”)
(3)若某次实验在烧断细线前,两滑块没有处于静止状态,而是有向左的微小速度,则此次测量的数据
点处在理论直线的___________侧。(选填“上”或“下”)
【答案】(1) ①.
②.
(2)可以不同 (3)下
【解析】
【小问1 详解】
[1][2]设遮光板宽度为d,弹簧弹开后,滑块1、2 的速度大小分别为
20
关注公众号:陆陆高分冲刺 ~领取:最新版“中考高考-总复习”~~~
滑块弹开过程系统动量守恒,有0=(
可得
整理可得
可知
图为一条倾斜的直线,斜率与纵截距的意义为
,
可得
,
【小问2 详解】
由于
,与弹簧压缩量大小无关,所以每次实验,弹簧的压缩量可以不同
【小问3 详解】
若某次实验在烧断细线前,两滑块有向左的微小速度,烧断细线后,滑块1 向左的速度比理想值偏大,遮
光时间
比理想值偏小,滑块2 向右的速度比理想值偏小,遮光时间
比理想值偏大,
比理想值偏小,
此次测量的数据点处在理论直线的下侧
考点五 利用反冲验证
典例1.(2025·四川省成都市新津中学·一模)如图甲所示,某同学制作了一个弹簧弹射装置,轻弹簧两端
各放一个金属小球(小球与弹簧不连接),压缩弹簧并锁定,该系统放在内壁光滑的金属管中(管内径略
大于两球直径),金属管水平固定在离水平地面一定高度处,解除弹簧锁定,两小球向相反方向弹射,射
出管时均已脱离弹簧。现要测定弹射装置锁定时具有的弹性势能,并探究弹射过程遵循的规律,实验小组
配有足够的基本测量工具,重力加速度大小为g,按以下步骤进行实验:
①用天平测出小球P 和Q 的质量分别为m1、m2;
②用刻度尺测出管口离地面的高度H;
③解除锁定,分别记录两小球在水平地面上的落点M、N。
根据该同学的实验,回答下列问题:
(1)除上述测量外,要测定弹射装置锁定时具有的弹性势能,还需要测量的物理量是_________。
A.金属管的长度L
21
关注公众号:陆陆高分冲刺 ~领取:最新版“中考高考-总复习”~~~
B.弹簧的压缩量∆x
C.两小球从弹出到落地的时间t1、t2
D. P、Q 两小球的落地点M、N 到对应管口的水平距离x1、x2
用测量的物理量表示弹簧的弹性势能:Ep=_______________________________。
(2)若满足关系式
____________,则说明弹射过程中轻弹簧和两金属小球组成的系统动量守恒。
(用测得的物理量符号表示)
(3)若在金属管口安装光电门,则可以通过测量小球的直径得到小球离开金属管口的速度大小。若用螺
旋测微器测得小球的直径的示数如图乙所示,则小球的直径d=____________mm。
【答案】(1) ①. D ②.
(2)
(3)2.756(2.754~2.758)
【解析】
【小问1 详解】
[1][2]根据能量守恒定律有
小球离开金属管后做平抛运动,由于下落高度相同,则下落时间相等,根据平抛运动的规律有
联立可得
由此可知,需要测量的量为小球P 和Q 的质量;管口离地面的高度;两小球的落地点M、N 到对应管口的
水平距离x1、x2。
故选D。
【小问2 详解】
若两小球弹射过程中动量守恒,则
所以
22
关注公众号:陆陆高分冲刺 ~领取:最新版“中考高考-总复习”~~~
【小问3 详解】
螺旋测微器
读数为固定刻度与可动刻度之和,所以
跟踪训练1.(2025·湖南省长沙市湖南师范大学附属中学·三模)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______________。
【答案】 ①. 还需要测量球2 的落点Q 到管口N 的水平距离x2; ②. m1x1=m2x2 ③.
【解析】
【详解】解:(1)[1] 题中已测出两小球的质量m1、m2,两管口离地面的高度h,又测出球1 落点P 到管口
M 的水平距离x1,要验证动量守恒定律,还需要测量球2 的落点Q 到管口N 的水平距离x2。
(2)[2]两小球弹出后,做平抛运动,平抛运动时间
两小球平抛运动的初速度为
若弹射运动中系统动量守恒,则有
23
关注公众号:陆陆高分冲刺 ~领取:最新版“中考高考-总复习”~~~
代入时间得
解得
(3)[3]弹射装置将两小球弹射出金属管运动中,弹簧的弹性势能转化为两小球的动能,则
因此解除弹簧锁定前,弹簧的弹性势能是
1.(2025·甘肃省白银市·三模)某同学用如图所示的装置做验证动量守恒定律的实验.先将
球从斜槽轨
道上某固定点处由静止开始滚下,在水平地面上的记录纸上留下压痕,重复10 次;再把同样大小的b 球放
在斜槽轨道末端水平段的最右端上,让
球仍从固定点由静止开始滚下,和b 球相碰后,两球分别落在记
录纸的不同位置处,重复10 次.
(1)本实验必须测量的物理量有________.(填写选项对应的字母)
A.斜槽轨道末端距水平地面的高度H
B.小球a、b 的质量ma、mb
C.小球a、b 的半径r
D.小球a、b 离开斜槽轨道末端后平抛飞行的时间t
24
关注公众号:陆陆高分冲刺 ~领取:最新版“中考高考-总复习”~~~
E.记录纸上O 点到A、B、C 各点的距离OA、OB、OC
F.
球
固定释放点到斜槽轨道末端水平部分间的高度差h
(2)放上被碰小球b,两球(ma>mb)相碰后,小球a、b 的落地点依次是图中水平面上的_______点和
________点.
(3)某同学在做实验时,测量了过程中的各个物理量,利用上述数据验证碰撞中的动量守恒,那么判断
的依据是看________和________在误差允许范围内是否相等。
【答案】 ①. BE ②. A ③. C ④.
⑤.
【解析】(1)[1]小球离开轨道后做平抛运动,小球在空中的运动时间t 相等,如果碰撞过程动量守恒,则
有
两边同时乘以时间t 得
则
因此A 实验需要测量:两球的质量,两球做平抛运动的水平位移,故ACD 错误,BE 正确。
(2)[2][3]由图所示装置可知,小球a 和小球b 相撞后,小球b 的速度增大,小球a 的速度减小,b 球在前,
a 球在后,两球都做平抛运动,由图示可知,未放被碰小球时小球a 的落地点为B 点,碰撞后a、b 的落点
点分别为A、C 点。
(3)[4][5]由(1)可知,实验需要验证的表达式为
因此比较
,与
即可判断动量是否守恒。
2.(2025·天津市河西区·一模)如图为验证动量守恒定律的实验装置图。实验时,将斜槽固定在铁架台上,
使槽末端水平。先让质量为
的入射球多次从倾斜轨道上由静止释放,记录其在水平桌面上的平均落点位
置。然后把质量为
的被碰小球静置于槽的末端,再将入射球从倾斜轨道上由静止释放,与
相碰,并
多次重复,记录两小球在桌面上的平均落点位置。用刻度尺测量O 点到三个平均落点位置M、P、N 的距
离,分别记为
、
、
。
25
关注公众号:陆陆高分冲刺 ~领取:最新版“中考高考-总复习”~~~
(1)关于该实验,下列说法中哪些是正确的?___________(填正确答案标号)
A. 入射球和被碰球的质量必须满足
B. 入射球每次可从斜槽上任意位置释放
C. 实验中还必须测量出斜槽末端到水平地面的高度
D. 将小球静置于斜槽末端,若小球能保持静止,则说明斜槽末端水平
(2)在测量
的过程中,直尺的O 刻度与白纸上O 点对齐,测量时如图所示,则
___________cm。
(3)在误差允许范围内,表达式___________成立,则两个小球的碰撞满足动量守恒定律。(用
、
、
、
和
表示)。
【答案】(1)AD (2)43.90(43.88~43.92)
(3)
【解析】
【小问1 详解】
A.为了避免碰撞后入射球被反弹,所以要求入射球的质量大于被碰球的质量,即
,故A 正确;
B.为保证入射球每一次获得相同的初速度,故每一次入射球都要从同一位置静止释放,故B 错误;
C.小球从斜槽末端飞出后,做平抛运动,由于高度相同,所以在空中运动时间相同,即可用水平位移表
示速度,所以不需要测量小球抛出点的离地高度,故C 错误;
D.为保证小球做平抛运动,所以要将小球静置于斜槽末端,若小球能保持静止,则说明斜槽末端水平,
故D 正确。
故选AD
【小问2 详解】
由图乙所示刻度尺可知,其分度值是1mm,故读数为43.90 cm。
【小问3 详解】
26
关注公众号:陆陆高分冲刺 ~领取:最新版“中考高考-总复习”~~~
小球离开斜槽后做平抛运动,由于抛出点的高度相等,小球做平抛运动的时间t 相等,由题意可知,P 点
为碰撞前入射球的落点,M 点为碰撞后入射球的落点,N 点为碰撞后被碰球的落点,则碰撞前入射球的速
度大小
碰撞后入射球的速度大小
碰撞后被碰球的速度大小
两球碰撞过程系统动量守恒,以向右为正方向,由动量守恒定律得
整理得
3.(2025·云南省丽江市第一高级中学·二模)某同学用如图所示的装置做“验证动量守恒定律”的实验,
图中O 是斜槽末端在记录纸上的垂直投影点,P 为未放被碰小球时入射小球的平均落点,M 为与被碰小球
碰后入射小球的平均落点,N 为碰后被碰小球的平均落点。
(1)关于本实验,下列说法正确的是______(填正确答案标号)。
A. 斜槽轨道末端必须水平
B. 斜槽轨道必须光滑
C. 需要用刻度尺测量入射小球开始释放高度h 及抛出点距地面的高度H
D. 需要用天平测出入射小球的质量
和被碰小球的质量
E. 需要用秒表测量小球离开斜槽末端到落地的时间
(2)本实验中入射小球的半径
______(填“小于”“等于”或“大于”)被碰小球的半径
。要使两
小球碰撞后都向前运动,需要使入射小球的质量
______(填“小于”“等于”或“大于”)被碰小球的
质量
;如果不满足上述条件,入射小球被弹回,当斜槽轨道光滑时______(填“也会影响”或“不影
响”)实验结果。
(3)若测量
物理量满足关系式______(用所测物理量的字母表示),则入射小球和被碰小球碰撞前后
的总动量不变。
【答案】(1)AD (2) ①. 等于 ②. 大于 ③. 不影响
(3)
【解析】
27
关注公众号:陆陆高分冲刺 ~领取:最新版“中考高考-总复习”~~~
【小问1 详解】
A.要保证每次小球都做平抛运动,则轨道的末端必须水平,故A 正确;
B.斜槽轨道没必要光滑,只需要每次小球从同一高度滚下,保证抛出的初速度相等即可,故B 错误;
CDE.小球碰撞后做平抛运动,由于小球抛出点的高度相等,小球做平抛运动的时间相等,小球水平位移
与初速度成正比,可以用小球的水平位移代替小球的初速度,实验要测量入射小球的质量
和被碰小球的
质量
以及水平位移,需要刻度尺与天平,本实验不需要测量时间,不需要秒表,不需要用刻度尺测量
入射小球开始释放高度h 及抛出点距地面的高度H,故CE 错误,D 正确。
故选AD
【小问2 详解】
[1][2][3]为保证对心碰撞,本实验中入射小球的半径
等于被碰小球的半径
。为防止入射小球碰后反弹,
使两小球碰撞后都向前运动,需要使入射小球的质量
大于被碰小球的质量
;如果不满足上述条件,
入射小球被弹回,当斜槽轨道光滑时,入射小球再次从轨道射出时速度与碰后速度大小相同,不影响实验
结果。
【小问3 详解】
如果碰撞过程系统动量守恒,以向右为正方向,由动量守恒定律得
小球离开轨道后做平抛运动,它们抛出点的高度相等,在空中的运动时间t 相等,上式两边同时乘以t 得
即
4.(2025·云南省丽江市第一高级中学·一模)遵义市南白中学一实验小组某同学用如图所示的装置做验证
动量守恒定律实验。先让a 球从斜槽轨道上某固定点由静止开始滚下,在水平地面上的记录纸上留下压痕,
重复10 次;再把同样大小的b 球放在斜槽轨道末端水平段的最右端附近静止,让a 球仍从原固定点由静止
开始滚下,和b 球相碰后两球分别落在记录纸的不同位置处,重复10 次。多次实验完成后,应该用一个尽
量小的圆把多次落点圈在其中,其圆心为落点的平均位置。图中A、B、C 是各自10 次落点的平均位置。
(1)本实验必须测量的物理量有__________(填选项前的字母)。
A. 小球a、b 的半径
、
28
关注公众号:陆陆高分冲刺 ~领取:最新版“中考高考-总复习”~~~
B. 小球a、b 的质量
、
C. 斜槽轨道末端到水平地面的高度H
D. 纸上O 点到A、B、C 各点的平均距离OA、OB、OC
(2)下列说法中符合本实验要求的是__________。
A. 安装轨道时,轨道末端必须水平
B. 需要使用的测量仪器有秒表和刻度尺
C. 两球相碰时,两球心必须在同一水平面上
D. 在同一组实验的不同碰撞中,每次入射球必须从同一高度由静止释放
(3)若入射小球a 质量
,半径为
,被碰小球b 质量为
,半径为
,则实验中要求
__________
,
__________
。(选填“<”、“>”、“=”)
(4)甲同学测量得到入射球a 的质量为
,被碰撞小球b 的质量为
。图中O 点是小球抛出点在水平地
面上的垂直投影,测得图中A、B、C 与O 点的距离分别为
、
、
。用这些测量数据,写出下列相应
表达式:
①当所测物理量满足表达式__________时,即说明两球碰撞中动量守恒。
②当所测物理量满足表达式__________时,即说明两球碰撞为完全弹性碰撞。
【答案】(1)BD (2)ACD
(3) ①. > ②. =
(4) ①.
②.
(或
)
【解析】
【小问1 详解】
要验证动量守恒,需要知道碰撞前后的动量,所以要测量小球a、b 的质量
、
及碰撞前后小球的速度。
碰撞前后小球都做平抛运动,速度可以用水平位移代替。所以需要测量的量为:小球a、b 的质量
、
;
纸上O 点到A、B、C 各点的平均距离OA、OB、OC。
故选BD。
【小问2 详解】
A.斜槽轨道的末端切线必须水平,以保证小球能做平抛运动,A 正确;
B.测量平抛射程时,需要使用刻度尺。小球平抛运动高度相同,运动时间相等,不需要秒表,B 错误;
C.为了保证两球发生对心正碰,两球心必须在同一水平面上,C 正确;
D.入射球每次必须从斜槽轨道的同一位置由静止释放,从而保证到达底端时速度相同,D 正确;
故选ACD。
【小问3 详解】
入射球的质量要大于被碰球的质量,防止入射球碰后反弹,且半径相同,保证两球正碰,则实验中要求
29
关注公众号:陆陆高分冲刺 ~领取:最新版“中考高考-总复习”~~~
>
,
=
。
【小问4 详解】
若两球碰撞中动量守恒,则有
小球平抛运动高度相同,运动时间相等,则有
纸上O 点到A、B、C 各点的平均距离OA、OB、OC,即
。
若两球碰撞为完全弹性碰撞,则满足
根据
联立上两式可解得
当所测物理量满足表达式为
时,即可说明两球碰撞为完全弹性碰撞。
若两球碰撞为完全弹性碰撞,则满足
联立
可得
两边乘以运动时间,可得
当所测物理量满足表达式为
时,即可说明两球碰撞为完全弹性碰撞。
1.(2025·山西省晋中市·二模)实验小组要验证两滑块在碰撞过程中的动量守恒。方案设计如图1 所示,
固定在水平面上的长木板左侧带有挡板,挡板固定一个轻质弹簧,在长木板上弹簧原长O 处依次并排放置
质量分别为
、
底面粗糙程度相同的铁块A、B(此时弹簧无压缩)。
30
关注公众号:陆陆高分冲刺 ~领取:最新版“中考高考-总复习”~~~
操作过程如下:
①保持B 不动手,拿铁块A 将弹簧压缩,至某位置P 由静止释放;
②弹簧恢复原长时铁块A 与B 发生碰撞,碰后两铁块分别向右运动一段距离停下,如图2 所示,测得A、
B 静止时与O 点的距离分别为
、
;
③拿走铁块B,重复步骤①,测得铁块A 停下时到O 点的距离为
,如图3 所示,又测得A、B 沿运动方
向的宽度分别为
、
。
(1)为保证实现上述实验目标,应使
_________
(填“>”“=”或“<”),若等式_________(用
、
及以上步骤中测得的物理量表示)成立,则说明碰撞过程A、B 组成系统动量守恒。
(2)若两铁块与木板间的动摩擦因数为
,重力加速度为g,忽略偶然因素造成的误差,则可求得碰撞过
程系统损失的机械能为_________。
【答案】(1) ①. > ②.
(2)
【解析】
【小问1 详解】
[1]由于碰后两铁块分别向右运动,为保证实现上述实验目标,应使
>
[2]若等式
成立,则说明碰撞过程A、B 组成系统动量守恒。因为离开弹簧后A、B 都做
匀减速直线运动到速度减为零,且根据牛顿第二定律
知
相同,根据运动学公式
可推得
31
关注公众号:陆陆高分冲刺 ~领取:最新版“中考高考-总复习”~~~
根据题意拿走铁块B,测得铁块A 停下时位移为
, A 与B 发生碰撞后两铁块分别向右运动一段距离停
下时位移分别为
、
,故
故可表示为
【小问2 详解】
若两铁块与木板间的动摩擦因数为
,重力加速度为g,忽略偶然因素造成的误差,根据能量守恒,可求
得碰撞过程系统损失的机械能为
离开弹簧后,对各铁块分别运用动能定理
,
,
联立解得
1.(2024 年山东卷第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200.0g 和400.0g;
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。
32
关注公众号:陆陆高分冲刺 ~领取:最新版“中考高考-总复习”~~~
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200.0g 的滑块是________(填“A”或“B”)。
【答案】(1)1.0 (2)0.20 (3)B
【解析】【小问1 详解】
由
图像的斜率表示速度可知两滑块的速度在
时发生突变,即这个时候发生了碰撞;
【小问2 详解】
根据
图像斜率的绝对值表示速度大小可知碰撞前瞬间B 的速度大小为
【小问3 详解】
由题图乙知,碰撞前A 的速度大小
,碰撞后A 的速度大小约为
,由题图丙可
知,碰撞后B 的速度大小为
,A 和B 碰撞过程动量守恒,则有
代入数据解得
所以质量为200.0g 的滑块是B。
2.(2024 年新课标卷第9 题)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
33
关注公众号:陆陆高分冲刺 ~领取:最新版“中考高考-总复习”~~~
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______。
【答案】(1)> (2) ①.
②. 小球离开斜槽末端后做平抛运动,竖直方
向高度相同故下落时间相同,水平方向匀速运动直线运动,小球水平飞出时的速度与平抛运动的水平位移
成正比。
【解析】【小问1 详解】
了保证小球碰撞为对心正碰,且碰后不反弹,要求
;
【小问2 详解】
[1]两球离开斜槽后做平抛运动,由于抛出点的高度相等,它们做平抛运动的时间t 相等,碰撞前a 球的速
度大小
碰撞后a 的速度大小
碰撞后b 球的速度大小
如果碰撞过程系统动量守恒,则碰撞前后系统动量相等,则
整理得
[2]小球离开斜槽末端后做平抛运动,竖直方向高度相同故下落时间相同,水平方向匀速运动直线运动,小
球水平飞出时的速度与平抛运动的水平位移成正比。
3.(2023 年辽宁卷第11 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
34
关注公众号:陆陆高分冲刺 ~领取:最新版“中考高考-总复习”~~~
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
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____。
【答案】 ①. 一元 ②.
③.
④. 见解析
【解析】(1)[1]根据题意可知,甲与乙碰撞后没有反弹,可知甲的质量大于乙的质量,甲选用的是一元
硬币;
(2)[2]甲从
点到
点,根据动能定理
解得碰撞前,甲到O 点时速度的大小
(3)[3]同理可得,碰撞后甲的速度和乙的速度分别为
35
关注公众号:陆陆高分冲刺 ~领取:最新版“中考高考-总复习”~~~
若动量守恒,则满足
整理可得
(4)[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有:
1.测量误差,因为无论是再精良的仪器总是会有误差的,不可能做到绝对准确;
2.碰撞过程中,我们认为内力远大于外力,动量守恒,实际上碰撞过程中,两个硬币组成的系统合外力不
为零。
36