高考物理 能力突破 验证动量守恒定律

高考物理专题突破练习

验证动量守恒定律

»课时突破练38验证动量守恒定律«

1.（8分）（2024山东卷）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

别安装甲、乙两个位移传感器，甲测量滑块A与它的距离”,乙测量滑块B

与它的距离出。

02345

»课时突破练38验证动量守恒定律«

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、不随时间变化的图像,分别如图乙、图

丙所示。

传感传感

器甲滑块A滑块B器乙

铝金气源

甲

02345

»课时突破练38验证动量守恒定律«

【解析】（1）从图上可以看出1S时速度改变,即这时碰撞。

（2）碰撞前B的速度%=尸（"°1：°）cm=0.20m/so

(3)碰前A的速度入=6°]1°cm/s=0.50m/s

碰后A的速度%'=门；460cm/s=0.36m/s

碰后B的速度唯'=比3cm/s=0.50m/s

根据动量守恒，则有他k+加B%=〃2AVA'+加代入数据解得胆=2,说明B的

MB

质量是200g。

02345

»课时突破练38验证动量守恒定律«

2.（10分）（2022天津卷）某同学验证两个小球在斜槽末端碰撞时的动量守恒,

实验装置如图甲所示。A、B为两个直径相同的小球。实验时，不放B,让A

从固定的斜槽上区点自由滚下，在水平面上得到一个落点位置海B放置在

斜槽末端，让A再次从斜槽上E点自由滚下，与B发生正碰，在水平面上又得

到两个落点位置。三个落点位置标记为A/、N、PQ

2345甲

»课时突破练38验证动量守恒定律«

(1)为了确认两个小球的直径相同，该同学用10分度的游标卡尺时它们的直

径进行了测量，某次测量的结果如图乙所示，其读数为

(2)下列关于实验的要求正确的是Ao

A.斜槽的末端必须是水平的。主尺।q

u1?zJcm

B.斜槽的轨道必须是光滑的LUJJIII叫冉•k卅血±1皿山

c.必须测出斜槽末端的高度0游标尺

D.A、B的质量必须相同乙

(3)如果该同学实验操作正确且碰撞可视为弹性碰撞,A、B碰后在水平面

上的落点位置分别为"、P(填落点位置的标记字母)

2

»课时突破练38验证动量守恒定律«

［解析］⑴观察主尺的单位为cm,读出主尺的读数是10mm,游标尺上的

第5条刻度线与主尺上的刻度线对齐，其读数为0.5mm,结合主尺及游标尺

的读数得到被测小球直径为。=10mm+0.1X5mm=10.5mm。

⑵实验中，需要小球A两次沿斜槽滚到末端时的速度都水平且大小相同。

实验时应使小球A每次都从同一位置由静止开始释放，并不需要斜槽的轨

道光滑的条件，也不需要测出斜槽末端的高度，但是必须保证斜槽末端水

平,A正确,B、C错误;小球A与B发生正碰时，为使小球A在碰后不反弹，要求

小球A的质量大于小球B的质量,D错误。

2345

»课时突破练38验证动量守恒定律«

(3)设A、B两球的质量分别为必和〃物且阳1＞加2,碰前A的速度为％,因为两

小球的碰撞视为弹性碰撞,则由动量守恒定律得/年匕尸加人心+勿为为,由机械

能守恒定律得今以北2=^mv2+6?BUB2,解得以=7：%0,蚱=2：：%,

AA

zzzmA十优BmA+MB

可见碰后小球A的速度小于小球B的速度，也小于碰前A的速度力);所以小球

A单独滚下落到水平面上的位置为N,A、B碰后在水平面上的落点位置分

别为M、Po

2345

»课时突破练38验证动量守恒定律«

3.（10分）某地中学生助手设计了一个实验演示板做“探究碰撞中的不变量”

M八一

的实验，主要实验步骤如卜：

①选用大小为120cmX120cm的白底板竖直放

置，悬挂点为O,并标上如图所示的高度刻度c

②悬挂点两根等长不可伸长的细绳分别系上两个可视为质点的A摆和B摆,

两摆相对的侧面贴上双面胶，以使两摆撞击时能合二为一，以相同速度一起

向上摆。

③把A摆拉到右侧小的高度，释放后与静止在平衡位置的B摆相碰。当A、

B摆到最高点时读出摆中心对应的高度出；

3

»课时突破练38验证动量守恒定律«

回答以下问题：

(1)若A、B两摆的质量分别为加A、加B,则验证动量守恒的表达式为

加A匹=(〃2A+优B)质(用上述物理量字母表示)。

(2)把A摆拉到右侧的高度为0.8m,两摆撞击后一起向左摆到的高度为0.2

m,若满足A摆质量是B摆质量的1倍，即可验证系统动量守恒，从

而可以得出A摆碰前初动能为碰后两摆损失机械能的2倍。

2345

»课时突破练38验证动量守恒定律«

【解析】(1)由机械能守恒定律可得772Ag%A〃12,得碰前速度口=J2gh

由(〃2A+mB)g〃2=S(〃2A+加BM2,得碰后速度吃72gh2,根据动量守恒可知，需

要验证的表达式为加AJ^7=(〃，A+掰B)°

⑵把数据代入上述验证表达式可得〃?A=〃2B，即若满足A摆的质量是B摆的

质量的1倍，即可验证系统动量守恒;根据动量守恒定律有mAv1=(mA+mB)v2,

根据能量守恒定律有为A%2=%〃2A+加BW2+△区联立解得A£=372A%2,即

224

A摆碰前初动能为碰后两摆损失机械能的2倍o

2345

»课时突破练38验证动量守恒定律«

4.（10分）某同学欲通过实验验证两物体碰撞过程中动量是否守恒。实验室

提供器材如下:气垫导轨、一个侧边粘有橡皮泥的滑块总质量为叫、一个

带撞针的滑块总质量为g、天平、两个压力传感器及配件、两个相同的

轻质弹簧。实验装置示意图如图所示：

压力传感器压力传感器.

%D3_______-TH气

「N源

2345

»课时突破练38验证动量守恒定律«

实验步骤：

①按图安装好实验装置,注意将压力传感器固定在气垫导轨上并且轻质弹

簧连接在传感器上。

②打开气泵给气垫导轨充气，将质量为叫的滑块静置在气垫导轨的左侧，将

质量为〃22的滑块向右水平推，使连接在右侧压力传感器上的弹簧压缩一些,

然后将滑块由静止释放，两滑块碰撞后一起向左运动,并挤压连接在左侧压

力传感器的弹簧。

③读取左右压力传感器示数的最大值工、尸2。

4

»课时突破练38验证动量守恒定律«

(1)实验开始前，为了保证动量守恒的条件，需要将气垫导轨调整为

水平。

⑵已知弹簧的劲度系数为匕弹簧具有的弹性势能与徐2(其中晨》分别为

弹簧的劲度系数和形变量)，碰撞前系统的动量〃=。

(3)实验要验证动量守恒的表达式为再+巾2/o

2345

»课时突破练38验证动量守恒定律«

【解析】⑴为了满足动量守恒的条件，即碰撞过程中系统所受外力矢量

和为0,需要将气垫导轨调整为水平。

⑵碰撞过程中动量守恒，需要验证〃22%=（S+加2）匕由胡克定律和能量守恒

定律可得尸1=侬/2=丘2,3依22==3（叫+加2）网碰撞前系统

乙乙乙乙

的初动量为夕=〃?2%=]^^92，碰撞后系统的末动量为

P'=（m1+也2»=旧耍尸1<=

⑶实验要验证动量守恒，需要验证的表达式为P=P;代入⑵中的数据整理

可得师2Kmi+rrizF、O

12345

»课时突破练38验证动量守恒定律«

5.（12分）（2022全国甲卷）利用图示的实验装置对碰撞过程进行研究。让质

量为S的滑块A与质量为〃22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的速度大小片和打，进而分析碰撞过程是否为

弹性碰撞。完成下列填空：5]

挡板

⑴调节导轨水平。三室一一气垫导轨

（2）测得两滑块的质量分别为0.510kg和0.304kg。要使碰撞后两滑块运动

方向相反,应选取质量为0304口的滑块作为A。

⑶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S]与B的右

端到右边挡板的距离52相等。

1234

»课时突破练38验证动量守恒定律«

(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4和，2。

(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。

比较项12345

t\js0.490.671.011.221.39

/2/S0.150.210.330.400.46

k萼

0.31左20.330.330.33

v7

1234

»课时突破练38验证动量守恒定律«

（6）表中的“2=0.31（保留2位有效数字）o

⑺”的平均值为032（保留2位有效数字）。

v2

⑻理论研究表明，对本实险的碰撞过程，是否为弹性碰撞可由”判断。若两

v2

m2~m1

滑块的碰撞为弹性碰撞，则"的理论表达式为（用功和加2表示），

v2

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