（浙江选考）2019年高考物理专题26实验：验证动量守恒试题（含解析）.docx

专题26 实验：验证动量守恒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pm1v1m2v2及碰撞后的动量pm1v1m2v2，看碰撞前后动量是否守恒2实验器材斜槽、小球（两个）、天平、复写纸、白纸等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）按照实验原理图甲安装实验装置调整、固定斜槽使斜槽底端水平（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）不放被撞小球，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）把被撞小球放在斜槽末端，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和被撞小球落点的平均位置N.如实验原理图乙所示（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m1m1m2，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验证动量守恒定律实验注意事项:1入射球质量m1应大于被碰球质量m2。否则入射球撞击被碰球后会被弹回。2入射球和被碰球应半径相等，或可通过调节放被碰球的立柱高度使碰撞时球心等高。否则两球的碰撞位置不在球心所在的水平线上，碰后瞬间的速度不水平。3斜槽末端的切线应水平。否则小球不能水平射出斜槽做平抛运动。4入射球每次必须从斜槽上同一位置由静止释放。否则入射球撞击被碰球的速度不相等。5落点位置确定：围绕10次落点画一个最小的圆将有效落点围在里面，圆心即所求落点。6水平射程：被碰球放在斜槽末端，则从斜槽末端由重垂线确定水平射程的起点，到落地点的距离为水平射程。1在“验证动量守恒定律”的实验中，实验装置如图所示。槽口末端在水平地面上的竖直投影为O点，实验中可供选择的碰撞小球均为直径相同的硬质小球，碰撞时都可认为是弹性碰撞。设入射小球的质量为m1，被碰小球的质量为m2。（1）为了使入射小球在碰撞后不被反弹，则应使m1_m2。（填“”“”或“m2, r1r2 Bm1m2, r1m2，r1r2 Dm1mB （2）需要测量碰撞后A、B球在水平面滑行的距离xA、xB （3） （4）【解析】试题分析：为防止两球碰撞后入射球反弹，入射球的质量应大于被碰球的质量，即：mAmB；碰撞后两球做减速运动，设碰撞后的速度为：vA、vB，由动能定理得：-mAgx0=0-mAv02，-mAgxA=0-mAvA2，-mBgxB=0-mBvB2，如果碰撞过程动量守恒，则：mAv0=mAvA+mBvB，即：，整理得：，实验需要测量碰撞后A、B球在水平面滑行的距离：xA、xB由可知，若碰撞前后动量守恒，写出动量守恒的表达式为：如果碰撞过程是完全弹性碰撞，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：，由机械能守恒定律得：，已知：mA=2mB，x0=1m，解得：；11某同学设计了一个用打点计时器“探究碰撞中的不变量”的实验：在小车A前端装有橡皮泥，推动小车A使之匀速运动，然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体，继续做匀速运动。他设计的装置如下图所示，在小车A的后面连着纸带，电磁打点计时器电源频率为50 Hz。（1）木板的一端下边垫着小木片用以_ 。（2）在实验中，需要的测量工具有 _ 。A弹簧测力计 B毫米刻度尺 C天平 D螺旋测微器（3）已测得小车A（包括橡皮泥）的质量为m1=0.310 kg，小车B（包括撞针）的质量为m2=0.205 kg，由以上测量可得：（结果保留三位有效数字）碰前两车质量与速度乘积之和为_kgm/s；碰后两车质量与速度乘积之和为_ kgm/s；（4）结论：_ 。【答案】 （1）平衡摩擦力； （2）BC； （3） 0.620； 0.618； （4）在实验误差范围内辆小车的质量和速度的乘积（mv）在碰撞中总量保持不变；【解析】试题分析：小车在木板上运动时，要受到木板的摩擦力作用，为了抵消摩擦力的作用，可将木板适当垫高，用小车的下滑分力平衡摩擦力；实验过程前（后）要测量的数据有小车的质量，以及纸带上点的距离，所以需要测量工具BC,在此因为当地重力加速度未知，所以不用弹簧测力计；碰撞前B车静止，所以乘积为0，而A的速度为，可得乘积和为，碰撞后辆车具有相同的速度一起运动，由纸带数据可求得，则乘积和为；由乘积和可知，因为有纸带的阻力作用（不可消除），导致前后两次数据不严格相等，但是在允许的实验误差范围内，二者是相等的。12某同学用如图所示装置验证动量守恒定律，用轻质细线将小球1悬挂于O点，使小球1的球心到悬点O的距离为L，被碰小球2放在光滑的水平桌面上。将小球1从右方的A点（OA与竖直方向的夹角为）由静止释放，摆到最低点时恰与小球2发生正碰，碰撞后，小球1继续向左运动到C位置，小球2落到水平地面上到桌面边缘水平距离为s的D点。（1）实验中已经测得上述物理量中的、L、s，为了验证两球碰撞过程动量守恒，还应该测量的物理量有_（要求填写所测物理量的名称及符号）。（2）请用测得的物理量结合已知物理量来表示碰撞前后小球1、小球2的动量：p1= _；p1= _；p2= _ ；p2= _ 。【答案】 （1）小球1的质量m1，小球2的质量m2，桌面高度h，OC与OB间的夹角； （2）； ； ； ；【解析】试题分析：（1）为了验证两球碰撞过程动量守恒，需要测量两小球的质量，小球1质量m1，小球2质量m2，小球1碰撞前后的速度可以根据机械能守恒定律测出，所以还需要测量OC与OB夹角，需要通过平抛运动测量出小球2碰后的速度，需要测量水平位移S和桌面的高度h（2）小球从A处下摆过程只有重力做功，机械能守恒，由机械能守恒定律得：m1gL（1-cos）=m1v12，解得则小球A与小球B碰撞后继续运动，在A碰后到达最左端过程中，机械能再次守恒，由机械能守恒定律得：-m1gL（1-cos）=0-mv12，解得，则碰前小球B静止，则PB=0；碰撞后B球做平抛运动，水平方向：x=v2t，竖直方向 h=gt2，联立解得，则碰后B球的动量13（1）利用气垫导轨通过闪光照相进行“探究碰撞中的不变量”这一实验。实验要求研究两滑块碰撞时动能损失很小和很大等各种情况，若要求碰撞时动能损失最大应选下图中的_（填“甲”或“乙”）、若要求碰撞动能损失最小则应选下图中的_。（填“甲”或“乙”）（甲图两滑块分别装有弹性圈，乙图两滑块分别装有撞针和橡皮泥）（2）某次实验时碰撞前B滑块静止，A滑块匀速向B滑块运动并发生碰撞，利用闪光照相的方法连续4次拍摄得到的闪光照片如图所示。已知相邻两次闪光的时间间隔为T，在这4次闪光的过程中，A、B两滑块均在080 cm范围内，且第1次闪光时，滑块A恰好位于x=10 cm处。若A、B两滑块的碰撞时间及闪光持续的时间极短，均可忽略不计，则可知碰撞发生在第1次闪光后的_时刻，A、B两滑块质量比_。【答案】 （1）乙 甲 （2）2.5T 2:3【解析】试题分析：（1）若要求碰撞时动能损失最大，则需两物体碰撞后结合在一起，故应选图中的乙；若要求碰撞动能损失最小则应使两物体发生完全弹性碰撞，即选图中的甲；（2）由图可知，第1次闪光时，滑块A恰好位于x=10cm处；第二次A在x=30cm处；第三次A在x=50cm处；碰撞在x=60cm处，从第三次闪光到碰撞的时间为，则可知碰撞发生在第1次闪光后的2.5T时刻；若设碰前A的速度为v，则碰后A的速度为，B的速度为v，根据动量守恒定律可得：，解得： 1（浙江省2019届高三上学期11月选考）小明做“探究碰撞中的不变量”实验的装置如图1所示，悬挂在O点的单摆由长为l的细线和直径为d的小球A组成，小球A与放置在光滑支撑杆上的直径相同的小球B发生对心碰撞，碰后小球A继续摆动，小球B做平抛运动。（1）小明用游标卡尺测小球A直径如图2所示，则d=_mm。又测得了小球A质量m1，细线长度l，碰撞前小球A拉起的角度和碰撞后小球B做平抛运动的水平位移x、竖直下落高度h。为完成实验，还需要测量的物理量有：_。（2）若A、B两球碰后粘在一起形成新单摆，其周期_（选填“小于”、“等于”或“大于”）粘合前单摆的周期（摆角小于5）。【答案】（1）14.40； 小球B质量m2,碰后小球A摆动的最大角 ； （2） 大于； 【解析】游标卡尺读数的方法是主尺读数加上游标读数；根据球A摆动过程中机械能守恒来分析球A的速度，根据平抛运动规律来分析球B的速度，从而确定要测量的物理量；两球粘在一起后球的重心发生变化，据此判断摆长的变化，从而判断周期的变化；（1）球的直径为d=14mm+8mm=14.40mm；根据机械能守恒定律可得碰撞前瞬间球A的速度（），碰撞后仍可根据机械能守恒定律计算小球A的速度，所以需要小球A碰后摆动的最大角；小球B碰撞后做平抛运动，根据根据平抛运动规律可得小球B的速度，要求B的动量所以需要测量小球B的质量；（2）黏在一起后，球的重心发生变化，如图所示，摆长发生变化，故根据单摆周期可得周期变大2（浙江省2017年11月普通高校招生选考）用图示实验装置探究“碰撞中的不变量”实验，除了图示装置中的实验仪器外，下列仪器中还需要的是（_）A.秒表 B.天平 C.刻度尺 D.直流电源 E.交流电源若实验中得到一条纸带如图所示，已知A、B车的质量分别为，则该实验需要验证的表达式是_。（用图中物理量和已给出的已知量表示）【答案】 BCE 【解析】该实验需要测量小车的质量，需要天平；需要测量各计数点间距，需要刻度尺；打点计时器有计时功能，无需秒表；而打点计时器工作电源是交流电源，无需直流电源，故选BCE；小车A碰前做匀速运动，打在纸带上的点间距是均匀的，故求碰前小车A的速度应选BC段，碰后两车一起做匀速运动，打出的点也是间距均匀的，故选DE段来计算碰后速度，在误差允许的范围内，需要验证的表达式是，即。 1（浙江省宁波市2019届高三上学期期末“十校联考”）如图1为验证动量守恒定律的实验装置，实验中选取两个半径相同、质量不等的小球，按下面步骤进行实验： 用天平测出两个小球的质量分别为m1和m2；用游标卡尺测小球A直径如图2所示，则d=_cm安装实验装置，将斜槽AB固定在桌边，使槽的末端切线水平，再将一斜面BC连接在斜槽末端；先不放小球m2，让小球m1从斜槽顶端A处由静止释放，标记小球在斜面上的落点位置P；将小球m2放在斜槽末端B处,仍让小球m1从斜槽顶端A处由静止释放，两球发生碰撞，分别标记小球m1、m2在斜面上的落点位置；用毫米刻度尺测出各落点位置到斜槽末端B的距离图中M、P、N点是实验过程中记下的小球在斜面上的三个落点位置，从M、P、N到B点的距离分别为SM、SP、SN依据上述实验步骤，请回答下面问题：（1）两小球的质量m1、m2应满足m1_m2（填写“”、“=”或“m2.（2）碰撞前，小球m1落在图中的P点，设其水平初速度为v1.小球m1和m2发生碰撞后，m1的落点在图中的M点，设其水平初速度为v1，m2的落点是图中的N点，设其水平初速度为v2设斜面BC与水平面的倾角为，由平抛运动规律得:, ,解得，所以只要满足m1v1=m2v2+m1v1，即：，则说明两球碰撞过程中动量守恒.2（浙江省镇海中学2019届高三上学期选考）在“探究碰撞中的不变量”实验中，某同学利用气垫导轨，结合光电门来研究碰撞前后的不变量。如图所示，滑块上面的遮光片宽度为2.00cm，滑块1的质量为120g，滑块2的质量为220g。他先让滑块2静止放置在两个光电门之间，滑块1向右碰撞滑块2，碰撞后滑块1反弹，滑块2向右通过光电门，其中光电门1显示的两个时间先后分别为0.034s和0.144s，光电门2显示的时间0.050s，则碰撞后的滑块1和滑块2总动量的大小为_kgm/s（结果保留两位有效数字）。【答案】0.071【解析】滑块1碰撞后的速度：，滑块2碰撞后的速度：，滑块1和滑块2碰撞之后的总动量大小：。3（浙江杭州学军2018学年11月选考高三物理模拟）（1）如图所示的器材可用来研究电磁感应现象及判定感应电流的方向，其中L1为原线圈，L2为副线圈。在给出的实物图中，将实验仪器连成完整的实验电路。（2）用图示实验装置探究“碰撞中的不变量”实验， 若实验中得到一条纸带如图所示，已知A、B车的质量分别为，则该实验需要验证的表达式是_。（用图中物理量和已给出的已知量表示）（3）在“探究单摆周期与摆场的关系”实验时，下列用游标卡尺测小球直径的操作最合理的是（ ）A B C D （4）如图所示，某同学按实验装置安装好仪器后，观察光的干涉现象，获得成功，若他在此基础上对仪器的安装做如下改动，仍能使实验成功的是_A将滤光片移至单缝和双缝之间，其他不动B将单缝与双缝的位置互换，其他不动【答案】（1）（2） （3）B （4） A【解析】（1）实验电路如图；（2）碰前小车的速度，碰后两物体的共同速度： ；要验证的关系是： ，即，即.（3）在“探究单摆周期与摆场的关系”实验时，下列用游标卡尺测小球直径的操作最合理的是B图.（4）在波的干涉中，干涉条纹的间距x=，由公式可得，条纹间距与波长、屏之间的距离成正比，与双缝间的距离d成反比，滤光片移至单缝和双缝之间，没有影响条纹间距的因素，故A正确；若单缝与双缝的位置互换，则缝间距变化，从而导线条纹间距变化，故B错误；故选A4某同学用下图所示装置做验证动量守恒定律的实验。先将A球从斜槽轨道上某固定点C处由静止开始释放，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C处由静止开始释放，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。从左向右依次是M、P、N点。（1）本实验必须测量的物理量是_。A斜槽轨道末端到水平地面的高度HB小球A、B的质量mA、mBC小球A、B的半径rD记录纸上O点到M、P、N各点的距离OM、OP、ON（2）小球A、B的质量mA、mB应满足mA_mB（填“”、“=”、“ （3）31.92（31.9031.95均可）（4）【解析】（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mAv0=mAvA+mBvB，两边同时乘以时间t得：mAv0t=mAvAt+mBvBt，则mAOP=mAOM+mBON，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，故选BD（2）为防止碰撞过程入射球反弹，入射球的质量应大于被碰球的质量，即mAmB（3）找出平均落点，由图所示可知，刻度尺分度值是1mm，刻度尺示数为31.92cm（4）由（1）可知，实验需要验证的表达式为：mAOP=mAOM+mBON5（浙江省杭州市2018届高考命题预测卷）（1）在“研究电磁感应现象”的实验中，如图1甲、乙、丙所示是实验中连接的三个回路。其中判别电流表指针的偏转方向与电流方向关系的回路是_（填“甲”、“乙”或“丙”），显示是否产生了感应电流的回路是_（填“甲”、“乙”或“丙”）。（2） 在“探究碰撞中的不变量”的实验中，用如图2的斜槽装置进行探究，以下说法正确的是_A选择实验仪器时，天平可选可不选B实验中的斜槽需要光滑且末端切线水平C需要记录小球抛出的高度及水平距离，以确定小球离开斜槽末端时的速度D无论是否放上被碰小球，入射小球都必须从同一高度处静止释放【答案】 （1） 甲 乙 （2） D【解析】（1）甲图中，电源与电流表串联，当开关闭合后，则电流表指针会偏转，从而可判定指针的偏转方向与电流方向的关系；乙图中，线圈与电流表串联，当穿过线圈的磁通量变化时，则线圈会产生感应电动势，那么线圈中会有感应电流，即可通过指针的偏转，则可判定；丙图中，没有电表，不能确定（2）要验证动量守恒定律定律，即验证：mav1=mav2+mbv3，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：mav1t=mav2t+mbv3t，得：max1=max2+mbx3，因此必须使用天平测量两小球的质量，故A错误；“验证动量守恒定律”的实验中，是通过平抛运动的基本规律求解碰撞前后的速度的，只要离开轨道后做平抛运动，对斜槽是否光滑没有要求，故B错误；由A的分析可知，实验中只需记录水平射程即可，不需要记录高度和离开末端时的速度，故C错误；要保证每次碰撞前的入射球的速度相同，入射球每次都要从同一高度由静止滚下，故D正确；故选D。点睛：利用平抛运动验证动量守恒定律的实验的一个重要的技巧是入射球和靶球从同一高度作平抛运动并且落到同一水平面上，故下落的时间相同，所以在实验的过程当中把本来需要测量的速度改为测量平抛过程当中水平方向发生的位移，可见掌握了实验原理才能顺利解决此类题目6（浙江省杭州市2018年高考命题预测）（1）某物理兴趣小组的同学,在利用气垫导轨探究碰撞中的不变量实验中,测得左侧滑块质量m1=150 g,右侧滑块质量m2=121 g,挡光片宽度为2.00 cm,两滑块之间有一压缩的弹簧片,并用细线连在一起,如图所示。开始时两滑块都静止,烧断细线后,两滑块分别向左、向右方向运动。挡光片通过左、右光电门的时间分别为t1=0.20 s,t2=0.16 s。取向右为正方向,则烧断细线前系统的总动量为_kgm/s,烧断细线后系统的总动量为_kgm/s。（2）在用双缝干涉测光的波长实验中,小李同学在测量某暗条纹中心位置时,手轮上的示数如图所示,其示数为_mm。当小李用黄光作为入射光,发现条纹间距太小。为了增大干涉条纹的间距,该同学可以采用的方法有_。A.改用红光作为入射光B.改用蓝光作为入射光C.增大双缝到屏的距离D.更换间距更大的双缝【答案】（1） 0 1.2510-4 （2） 6.870 AC【解析】（1）因烧断细线之前，两物体均静止，故烧断细线前的动量为零；烧断细线后两滑块的速度分别为： 取向右为正方向，碰撞后系统总动量为：P=m1v1+m2v2=0.150（-0.1）+0.1210.125=1.2510-4kgm/s；（2） 螺旋测微器的固定刻度读数为6.5mm，可动刻度读数为0.0137.0=0.370mm，所以最终读数为6.780mm；由公式可知，为了增大干涉条纹的间距，可以改用波长更长的光，增大双缝到屏的距离，故A、C正确。7（浙江省杭州市2018届高三高考命题预测卷）下图为验证动量守恒定律的实验装罝，实验中选取两个半径相同、质量不等的小球，按下面步骤进行实验：用天平测出两个小球的质量分别为叫m1和叫m2； 安装实验装置，将斜槽AB固定在桌边，使槽的末端切线水平，再将一斜面BC连接在斜槽末端；先不放小球m2,让小球m1从斜槽顶端A处由静止释放，标记小球在斜面上的落点位罝P；将小球m2放在斜槽末端B处，仍让小球m1从斜槽顶端A处由静止释放，两球发生碰撞， 分别标记小球m1,、m2在斜面上的落点位置；用毫米刻度尺测出各落点位置到斜槽末端B的距离。图中从M、P、N点是实验过程中记下的小球在斜面上的三个落点位置，从M、P、N到B点的距离分别为SM、SP、SN.依据上述实验步骤，请回答下面问题：（1）两小球的质量m1、m2应满足m1_m2（填写“”，“=”或“m2。（2）要验证动量守恒定律，需测量小球的质量和三个落点到B点的距离。故提供的测量工具中必需的是AC。（3）碰撞前，小球m1落在图中的P点，设其水平初速度为。小球m1、m2发生碰撞后，m1的落点在图中的M点，设其水平初速度为，m2的落点在图中的N点，设其水平初速度为。设斜面与水平间的倾角为，由平抛运动规律得：、解得：同理可得：、只要满足即，就可以说明两球碰撞前后动量是守恒的。验证动量守恒时，本应该测量速度关系，但可以借助规律只测位移，用位移关系代替速度关系。8（浙江省选考（学考）十校联盟2018年3月适应性考试）某物理兴趣小组利用频闪照相和气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”的实验，步骤如下：A.用天平测出滑块A、B的质量分别为和； B.安装好气垫导轨,调节气垫导轨的调节旋钮,使导轨水平；C.向气垫导轨通入压缩空气；D.把A、B两滑块放到导轨上,并给他们一个初速度,同时开始闪光照相,闪光的时间间隔设定为。照片如图该组同学结合实验过程和图象分析知：该图象是闪光4次摄得的照片,在这4次闪光的瞬间,A、B两滑块均在刻度范围内：第一次闪光时,滑块B恰好通过处,滑块A恰好通过处；碰撞后有一个物体处于静止状态。（1）以上情况说明两滑块的碰撞发生在第一次闪光后_ ；（2）设向右为正方向,试分析碰撞前两滑块的质量与速度乘积之和是_ ,碰撞后两滑块的质量与速度乘积之和是_ ,以上实验结果说明在碰撞过程中保持不变的物理量是_。【答案】 （1） （2） 两滑块的质量和速度乘积之和【解析】（1）碰撞后A向左做匀速运动，设其速度为vA，所以有：vAt=20，碰撞到第二次闪光时A向左运动10cm，时间为t，有：vAt=10，第一次闪光到发生碰撞时间为t，有：t+t=t，得：；（2）设向右为正方向，碰撞前，B的速度大小为：vB=0.5m/s，A的速度为：vA=-m/s=-1m/s，则碰撞前两滑块的质量与速度乘积之和为：P1=mBvB+mAvA=0.20.5-0.31=-0.2kgm/s碰撞后，A静止，B速度为：vB=-1m/s，则碰撞后两滑块的动量为：PB=-mBvB=-0.21=-0.2kgm/s本题利用气垫导轨进行验证动量守恒定律的实验，要求能明确实验原理，注意碰撞前后两物体的位置从而明确位移和速度，再根据动量守恒定律列式即可求解9（2018年4月浙江省普通高校招生选考科目考试（余高卷3月）物理模拟）某同学用图甲所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来寻找碰撞中的不变量，图中PQ是斜槽，QR为水平槽，实验时先使A球从斜槽上某一固定位置C由静止开始滚下，落到位于水平地面的记录纸上，留下痕迹，重复上述操作10次，得到10个落点痕迹，再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让A球仍从位置C由静止开始滚下，和B球碰撞后，A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹，重复这种操作10次，图中O是水平槽末端口在记录纸上的垂直投影点，P，为未放被碰小球B时A球的平均落点，M为与B球碰后A球的平均落点，N为被碰球B的平均落点若B球落点痕迹如图乙所示，其中米尺水平放置，且平行于OP，米尺的零点与O点对齐。（1）在以下选项中，哪些是本次实验必须进行的测量?答：_（填选项号）A水平槽上未放B球时，测量A球落点位置到O点的距离BA球与B球碰撞后，测量A球落点位置到O点的距离 C测量A球或B球的直径 D测量A球和B球的质量 E测量G点相对于水平槽面的高度（2）碰撞后B球的水平射程应为_cm（3）下列有利于减小实验误差的是_。A选择大小一样且入射小球A的质量必须大于被碰小球B的质量