2026高考物理复习训练-实验8 验证动量守恒定律（解析版）

高考实验解读与针对性训练

实验8验证动量守恒定律

【实验解读】

一、教材实验解读

一、实验目的

1.会利用不同案例验证却量守恒定律。

2.知道在不同实验案例中要测量的物理量，会进行数据处理及误差分析。

二、实验原理与器材

1.实验原理

在一维碰撞中，测出物体的质量和碰撞前、后物体的速度，找出碰撞前的动量夕=叫0+/k。2

及碰撞后的动吊〃'=四必'+加2。2'，看碰撞前后动最是否守恒。

2.实验器材

案例一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒

气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个)、重物、弹簧、细绳、弹性碰撞架、撞针、橡皮

泥、游标卡尺等。

案例二：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒

斜槽、小球(两个)、天平、复写纸、白纸、圆规、刻度尺、铅垂线等。

三、实验过程及数据处理

案例(一)：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒

1.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。

2.数据处理

(1)滑块速度的测量：。=一，式中板为滑块上挡光片的宽度(仪器说明书上给出，也可直接

测量)，加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：〃7⑼+叱。2=〃7M'+加2。2’。

案例(二)：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒

1.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底端水平。

(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0。

(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〃和被撞小球落点的平均位置M如图乙所示。

0•。,，：'、・I/：•、、I•/•；\I

■*、**，、，

MPN

乙

学生用书匚笫145页

(6)验证：连接。V,测量线段OP、OM、OV的长度。将测量数据代入〃八・OM+

〃?2,OM看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。

2.数据处理

验证的表达式：\OP=m\OM+〃?2.ON.

四、注意事项

1.前提条件：碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”。

2.案例提醒

(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、拓展创新实验

【高考启示】

高考实验题一般源于教材而不拘泥于教材，是在教材实验的基础上创设新情景.

因此，要在夯实教材实验的基础上注意迁移和创新能力的培养，善于用教材中实

验的原理、方法和技巧处理新问题。

实验装置创新

1、在平抛实验仪末端固定一斜面，正碰的两个小球落在斜面上；

2、在平抛实验仪水平槽末端相距一定距离处固定一竖直板，正碰的两个小球撞

击到竖直板上；

3.利用水平光滑导轨上两个滑块碰撞，利用频闪照相得到滑块频闪照片，从而

确定滑块碰撞前后的速度。

4.利用弹丸射中细线悬挂的沙包，验证动量守恒定律。

【高考典例】

【典[列1]（2025高考广东卷）（8分）请完成下列实验操作和计算。

⑴在“长度的测量及其测量工具的选用〃实验中，用螺旋测微器测量小球的直径，示数如图所

示，读数__________mm。

⑵实验小组利用小车碰撞实验测量吸能材料的性能，装置如图所示，图中纨道由轨道甲和

乙平滑拼接而成，且轨道乙倾角较大。

①选取相同的两辆小车，分别安装宽度为l.oocm的遮光条。

②轨道调节。

调节螺母使轨道甲、乙连接处适当升高。将小车在轨道乙上释放，若测得小车通过光电门A

和B的。证明已平衡小车在轨道甲上所受摩擦力及其他阻力。

③碰撞测试

先将小车1静置于光电门A和B中间，再将小车2在M点由静止释放，测得小车2通过光

电门A的时间为％碰撞后小车1通过光电门B的时间为若。__________5可将两小

车的碰撞视为弹性碰撞。

④吸能材料性能测试。

将吸能材料紧贴于小车2的前端。重里步骤③。测得小车2通过光电门A的时间为10.00

ms,两车碰撞后,依次测得小车1和2通过光电门B的时间分别为15.00ms、30.00ms,不

计吸能材料的质量，计算可得碰撞后两小车总动能与碰撞前小车2动能的比值为

（结果保留2位有效数字）。

【答案】⑴8.260/8.261/8.259（2）时间相等=0.56

【解析】（1）根据题意,由图可知，小球的直径为d=8mm+26.0x0.01mm=8.260mm

（2）②[1]若已平衡小车在轨道甲上所受摩擦力及其他阻力，小车将在轨道甲上做匀速直线

运动，通过两个光电门的速度相等，即通过光电门A和B的时间相等。

③⑵若两个小车发生弹性碰撞，由于两个小车的质量相等，则碰撞后两个小车的速度互换,

即碰撞后小车1的速度等于碰撞前小车2的速度，则有t2=t!

④⑶根据题意可知，碰撞前小车2的速度为%

1UX1U

d2d

碰撞后，小车1和小车2的速度分别为/=/=、m/s,v,=—=-m/s

1,12

E'-^<4--WV25

则碰撞后两小车总动能与碰撞前小车2动能的比值为贷=—=-«0.56

E.129

卜2WV°

【典例2】（2024•山东高考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。、b两

个位移传感器，。测量滑块A与它的距离XA，b测量滑块8与它的距离X8。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4、B均向右运动；

④导出传感器记录的数据，绘制XA、X8随时间变化的图像，分别如图乙、图丙所示。

aK®

遏

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8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（选填"A”或"8”）.

【答案】.（1）1.0（2）0.20（3）B

解析：（1）由x-t图像的斜率表示速度可知，两滑块的速度在t=1.0s时发生突变，即发生

了碰撞；

（2）由x-t图像斜率的绝对值表示速度大小可知，碰撞前瞬间8的速度大小v=|丝尚hm/s

=0.20m/s；

（3）由题图乙知，碰撞前4的速度大小以=0.50m/s,碰撞后A的速度大小约为“'=0.36

m/s,由题图丙可知，碰撞后B的速度大小为v，=0.5m/s,对4和8的碰撞过程由动量守恒

定律有团小/八+"8丫="八以，+"87,代入数据解得瞿Q2,所以质量为200.0g的滑块是8。

【典例3】（2023•辽宁卷，11）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。彳为水平段。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加和小2(%＞牝)。将硬币

甲放置在斜面上某一位置，标记此位置为瓦由静止释放甲，当甲停在水平面上

某处时，测量甲从。点到停止处的滑行距离0P。将硬币乙放置在。处，左侧与

。点重合，将甲放置于8点由静止释放。当两枚硬币发生碰撞后，分别测量甲、

乙从。点到停止处的滑行距离0M和ON。保持释放位置不变，重复实验若干次，

得到。尸、OM.ON的平均值分别为so、si、52o

(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〃，重力加速度为g);

⑶若甲、乙碰撞过程中动量守恒，则二尸=(用〃“和〃打表

y]S2

示)，然后通过测得的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)一兀(2)J2〃gso

m\

(4)①两个硬币厚度不同，两硬币重心连线与水平面不平行；②两硬币碰撞内力

不远远大于外力，动量守恒条件只是近似满足，即如果摩擦力非常大，动量守恒

条件只是近似满足。

解析(1)要使两硬币碰后都向右运动，硬币甲的质量应大于硬币乙的质量，由

于一元硬币的质量大于一角硬币的质量，所以甲选用的是一元硬币。

(2)设碰撞前甲到。点时速度的大小为如，甲从。点到停止处。点的过程中只有

摩擦力做功，由动能定理得一〃〃?啥$0=0—3如次，解得。o=j2〃gso，即甲碰撞前

到。点时速度的大小为在赢。

(3)甲、乙碰撞过程中满足动量守恒定律，设甲碰撞后速度的大小为0，甲从O

点到停止处A/点的过程中只有摩擦力做功，由动能定理得一〃加总》=0-L”济,

2

解得。1=在嬴，设乙碰撞后速度的大小为。2，乙从o点到停止处N点的过程

中只有摩擦力做功，出动能定理得一〃〃72gs2=0—>"2诧，解得。2=j2〃gS2,由动

2

量守恒定律得〃1］。0=加1。］+加2己2，代入数据得加］J2〃gS0=加1J24gs1+〃?2J2〃gS2,

等式两边约去痂得叫疯=〃7|右+〃72而，整理得与®=竺。

y/s2〃力

(4)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的原因可能是:

①两个硬币厚度不同，两硬币重心连线与水平面不平行；②两硬币碰撞内力不远

远大于外力，动量守恒条件只是近似满足，即如果摩擦力非常大，动量守恒条件

只是近似满足。

【典例4】.(2022•全国甲卷，23)利用如图5的实验装置对碰撞过程进行研究。让

质量为，川的滑块A与质量为加2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的速度大小小和火，进而分析碰撞过程是否为

弹性碰撞。完成下列填空：

(1)调节导轨水平；

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

反，应选取质量为kg的滑块作为4；

(3)调节B的位置，使得4与B接触时，A的左端到左边挡板的距离si与B的右

端到右边挡板的距离S2相等；

(4)使力以一定的初速度沿气垫导轨运动，并与8碰撞，分别用传感器记录N和

B从碰撞时刻开始到各自撞到挡板所用的时间。和松

(5)将B放回到碰撞前的位置，改变力的初速度大小，重复步骤(4)。多次测量的

结果如下表所示；

12345

Z|/s0.490.671.011.221.39

0.150.210.330.400.46

,v\

k=—0.31左20.330.330.33

V2

(6)表中的k2=(保留2位有效数字)；

(7尹的平均值为(保留2位有效数字)；

V2

(8)理论研究表明，对本实验的碰撞过程，是否为弹性碰撞可由巴判断。若两滑块

V2

的碰撞为弹性碰撞，则立的理论表达式为(用〃”和m2

V2

表示)，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，则可认为滑块/与滑块8在导轨上的碰撞为弹性碰撞。

答案(2)0.304(6)0.31(7)0.32(8)—=------0.34

V22ml

解析(2)用质量较小的滑块碰撞质量较大的静止滑块，碰后运动方向相反，故

选0.304kg的滑块作为人

(6)由于两段位移大小相等，即。"=。2打

根据表中的数据可得^=-=-=—=0.31o

V2t\0.67

(7封的平均值为

V2

0.31+0.31+0.334-0.33+0.33

k=--------------------------=032。

5

(8)弹性碰撞时满足动量守恒和机械能守恒，可得〃?wo=—〃?必+和生

1、1一1、

-m1vi=-m\Vi+

222

联立解得巴=丝二

V22〃11

代入数据可得巴=0.34,

VI

【针对性训练】

1.（2025•江苏扬州模拟）小明利用如图甲所示的碰撞实验器材研究两个小球在轨道水平部

分碰撞前后的动量关系，从而验证动量守恒定律。

中

（1）为完成此实验，以下提供的测量工具中，多余的是。

A.刻度尺B.天平C.秒表

（2）用螺旋测微器测量小球的直径D,测量结果如图乙所示，D=mm。

（3）下列说法中正确的是o

A.入射小球A的质量应小于被碰小球B的质量

B.需要测量轨道末端到地面的高度

C.入射小球每次必须从同一位置静止释放

D.轨道末端可以不水平

（4）图甲中，点。是小球抛出点在水平地面上的竖直投影，实验时，先让质量为小人的小

球人多次从斜轨上S处静止释放，找到其平均落点P,再把质量为团8的小球8静置于轨道

末端，接着使小球A从S处静止释放，在水平段末端与小球8相碰，多次实验，找到小球

A、8的平均落点M、N,测得距离OP、OM、ON,验证两球相碰前后动量守恒的表达式

为o（用题中物理量符号表示）

【答案】.（1）C（2）17.805（3）C（4）mAOP=mAOM+mBON

解析：（1）由于小球在竖直方向上运动的时间相等，根据x=W可知，测出水平位移大小的

关系即可得出对应的速度关系，故不需要秒表测量时间，故选C。

（2）由题图可知，小球的直径0=17.5mm+30.5X0.01mm=17.805mm。

（3）入射小球4的质量应大于被碰小球8的质量，A错误；由于运动时间相等，根据x=vt

可知，测出水平位移大小口勺关系即可得出对应的速度关系，故不需要测量时间，也就无需测

量轨道末端下落的高度了，B错误；入射小球每次必须从同一位置静止释放，使其初速度是

相同的，C正确；轨道末端不水平，其初速度不是沿水立方向，D错误。

（4）根据动量守恒定律及抛体运动的规律可知，"八以=血04+"心8等式两边同时乘以时间

t得，mAVAt=mAV，t+mW8t，由此可知，当/7?八0「="4。"+078。/\/成立，则系统的动量守恒。

2.（6分）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。，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，。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。点的距离x,将与。半径相等的小球b置于轨道右侧端点,

再将小球。从。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。点的距离“M、4,

完成卜列填空:

（1）记。、b两球的质量分别为此、啊，实验中须满足条件叫叫（填“>”或

“<”）；

（2）如果测得的马、工“、/、〃%和叫，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0点的距离来代替小球水平飞

出时的速度，依据是0

【参考答案】（1）>（2）①.②.小球离开斜槽末端后做

平抛运动，竖直方向高度用同故下落时间相同，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。

解题思路本题考查的考点：验证动量守恒定律实验

（1）为了保证小球碰撞为对心正碰，且碰后不反弹，要求〃

（2）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。球的速度大小

%=红

碰撞后a的速度大小

v=9

。t

碰撞后b球的速度大小

XN

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

实验中，用小球落点与。点的距离来代替小球水平飞出时的速度，依据是：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.（2025•浙江台州模拟）某同学借助图1所示装置验证动量守恒定律，长木板的一端垫有

小木块，可以微调木板的倾斜程度，以平衡摩擦力，使两个小车均能在木板上做匀速宜线运

动。小车1前端贴有橡皮泥，后端与穿过打点计时器的纸带相连，接通打点计时器电源后，

计小车1以某速度做匀速直线运动,与置于木板上静止的小车2相碰并粘在一起，方后继续

做匀速直线运动。打点计时器电源频率为50Hz,得到的纸带如图2所示，已将各计数点之

间的距离标在图l-.o

小4,小车打戊it时器

长木板"Gib」一好热

小木块

图I

（l）图2中的数据有,8、BC、CD、OE四段，计算小车1碰撞前的速度大小应选

段，计算两车碰撞后的速度大小应选________段。

（2）关于实验的操作与反思，下述说法正确的是0

A.实验中小车1必须从静止释放

B.若小车1前端没贴橡皮泥，不影响实验险证

C.上述实验装置不能验证弹性碰撞规律

（3）若小车1的质量（含橡皮泥）为0.4kg,小车2的质品为0.2kg,根据纸带数据，碰

前两小车的总动量是kg-m/s,碰后两小车的总动量是kgm/So（结果均保

留三位有效数字）

【答案】.（1）BCDE（2）C（3）0.6850.684

解柝（1）接通打点计时器电源后，推动小车1由静止开始运动，故小车有个加速过程，在

碰撞前做匀速直线运动，即在相同的时间内通过的位移相同，故8c段为匀速运动的阶段，

故选8c计算小车1碰前的速度大小；碰撞过程是一个变速运动的过程，而小车1和2碰后

共同运动时做匀速直线运动，即在相同的时间内通过相同的位移，应选。E段来计算两车碰

后共同的速度大小。

（2）实验中小车1不一定从静止释放，只要碰撞前做与速运动即可，故A错误；若小车1

前端没贴橡皮泥，则两车不能粘在一起，小车2的速度不好测量，所以小车1前端没贴橡皮

泥，会影响实验验证，故B错误；上述实验装置中两小车碰撞后粘在一起，是非弹性碰撞，

弹性碰撞的话小车2碰撞后的速度无法测量，因此该实验装置不能险证弹性碰撞规律，故C

正确。

（3）碰前小车1的速度为雪m/s=l.712m/s

碰前的总动量为

p=n71vo=O.4X1.712kgm/s^O.685kgm/s

碰后小车的共同速度为m/s=l.140m/s

碰后的总动量为p，=v=（0.4+0.2）X1.140kgm/s=0.684kgm/s

4.（2025•河北石家庄二极）某小组利用如图所示的装置做验证动量守恒定律的实验。滑块

八、8的质量分别为m.、mB,气型导轨已调节水平。

4

北电;1鹃

播修B"

/I

（1）甲同学在滑块8左端粘上少量橡皮泥，将滑块人从倾斜轨道上某点由静止释放，通过

光电门C的挡光时间为tv与滑块B碰后粘在一起，通过光电门。的挡光时间为在误差

允许的范围内，只需验证等式（用题中给出的字母表示）成立即说明碰撞

过程中滑块八、系统动量守恒。某次实验中，测得、可知滑块和

80=0.04st2=0.10s,4

滑块B的质量比为o

（2）乙同学在滑块8左端装上轻质弹性圈，将滑块A从倾斜轨道上某点由静止释放，A第

一次通过光电门C的挡光时间为打，与滑块8碰后，A向左运动，第二次通过光电门C的挡

光时间为5滑块8通过光电门。的挡光时间为&则在误差允许的范围内，只需验证等式

（用题中给出的字母表示）成立即说明碰撞过程中滑块4、8系统动量守恒。若使滑块人与

8碰撞后均向右运动，应使滑块4的质量（选填“大于”“等于”或“小于”）滑块

8的质量。

【答案】.⑴詈=皆手|⑵詈*号大于

解析：（1）甲同学实验中，滑块八碰前的速度以=（

碰后的共同速度以8=2

若动量守恒则只需满足g以=vAB

即巴1=小+?而

某次实验中，测得t】=0.04s、r2=0.10s,可知滑块4向滑块8的质量比为公=言岩。

（2）乙同学实验中，a第一次通过光电门c的以i=1

碰后A的速度以2=（

碰后B的速度VB=^

若动量守恒则只需满足mAvA1=—mAvA2+mBvB

吆—也吆

即口=“一J

若使滑块4与8碰撞后均向右运动，根据动量守恒和能量关系

mAv0=神为+m8V2

222

^mAvQ=^mAv1^mBv2

解得vi=Vo>O

则mA>mB

应使滑块4的质量大于滑块8的质量。

5.（2025•安徽合肥三模）某同学设计了一个如图所示的实验装置验证动显守恒定律。小球4

底部竖直地粘住一片宽度为d的遮光条，用悬线悬挂在。点。光电门固定在。点正下方铁

架台的托杆上，小球8放在竖直支撑杆上，杆下方悬挂一重锤，小球4（包含遮光条）和8

的质量用天平测出分别为小八、mB,拉起小球八一定角度后释放，两小球碰撞前瞬间，遮光

条刚好通过光电门，碰后小球8做平抛运动而落地，小球4反弹右摆一定角度，计时器的

两次示数分别为5t2o小球8离地面的高度为比小球8平抛的水平位移为X。

(1)关于实验过程中的注意事项，下列说法正确的是(填正确答案标号)。

A.小球4的质量要大于小球B的质量

B.要使小球4和小球B发生对心碰撞

C.应使小球A由静止释放

(2)某次测量实验中，该同学测量数据如下:d=0.3cm,h=0.8m,x=0.4m,^=0.001

Os,t2=0.0030s,重力加速度g取10m/s2,若小球A1包含遮光条)与小球8的质量之比

为mjm产,则动量守恒定律得到验证，根据数据可以得知小球4和小球8

发生的碰撞是(选填“弹性”或“非弹性”)碰撞。

【答案】.(1)B(2)1：4非弹性

解析：(1)根据题意可知，碰撞后入射球反弹，则要求入射小球4的质量小于被碰小球8

的质量，故A错误；实验时要使小球4