實驗八　驗證動量守恒定律-【物理】2025版三維設計一輪總復習學生用書

實驗八驗證動量守恒定律考情調研命題特征本實驗教材中出現的多種驗證方案對于培養學生的科學探究素養有較大的幫助。復習中既要領悟教材中提到的實驗，又要積極變通，真正追尋守恒思想。2022年浙江和天津都對本實驗進行了考查，2023年遼寧卷利用硬幣對心碰撞考查了動量守恒定律的驗證。預計在2025年的高考中，驗證動量守恒定律實驗作為力學實驗出現的幾率很大1.考裝置：器材裝配以及其他器材替代。2.考測速度：通過不同方法直接或間接測量速度。3.考變化：實驗裝置和實驗原理創新如圖所示，用“碰撞實驗器”可以驗證動量守恒定律，即研究兩個小球碰撞前后的動量關系。圖中的O點為小球拋出點在記錄紙上的垂直投影。【實驗原理】（1）質量分別為mA和mB的兩小球A、B發生正碰，若碰撞前瞬間小球A的速度為v1，小球B靜止，碰撞后小球A、B的速度分別為v1'和v2'，根據動量守恒定律，應有。【實驗步驟】（2）按照如圖所示的實驗裝置安裝器材。（3）先使小球A多次從斜軌上的位置P由靜止釋放，找到其落地點的平均位置E。（4）把半徑（選填“比小球A大”“與小球A相同”或“比小球A小”）的小球B靜置于水平軌道的末端，再將小球A從斜軌上的位置P由靜止釋放，與小球B相碰后兩球均落在水平地面的記錄紙上。（5）多次重復上述小球A與小球B相碰的過程，分別找到碰后小球A和小球B落點的平均位置D和F。（6）接下來還需要完成的實驗步驟是（填選項前的字母）。A.測出小球A的質量為mA，小球B的質量為mBB.測出P位置與桌面間的距離hC.測出拋出點距地面的高度HD.測量出水平射程OD、OE、OF

【注意事項】（7）本實驗必須滿足的條件是（填選項前的字母）。A.兩小球的質量必須相等B.軌道末端必須水平C.小球A每次必須從軌道的同一位置由靜止釋放【數據處理】（8）當滿足表達式時，即說明兩球碰撞過程中動量守恒；如果再滿足表達式，則說明兩球的碰撞為彈性碰撞。（用測得的物理量表示）（9）經測定mA＝45.0g、mB＝7.5g，OD＝35.20cm、OE＝44.80cm、OF＝55.68cm，碰撞前、后小球A的動量分別為p1與p1'，則p1∶p1'＝∶11。若碰撞結束時小球B的動量為p2'，則p1'∶p2'＝11∶。碰撞前、后的總動量的比值p1p1'＋p2'＝聽課記錄方案一用氣墊導軌完成兩個滑塊的一維碰撞實驗裝置如圖所示。測速度的方法：利用公式v＝ΔxΔt計算，式中Δx為擋光片的寬度，方案二利用等長懸線懸掛等大小球完成一維碰撞實驗（如圖所示）測速度的方法：可以測量小球被拉起的角度，從而算出碰撞前對應小球的速度，測量碰撞后小球擺起的角度，算出碰撞后對應小球的速度。方案三利用打點計時器記錄在光滑長木板上兩小車碰撞完成一維碰撞實驗（如圖所示）測速度的方法：通過紙帶上兩計數點間的距離及時間，由v＝Δx

方案四利用斜槽上滾下的小球驗證碰撞中動量守恒（如圖所示）測速度的方法：將難以測量的速度變成容易測量的位移，測量線段OP、OM、ON的長度，驗證m1·OP＝m1·OM＋m2·ON是否成立。（2024·河南開封調研）某同學設計了一個用打點計時器驗證動量守恒定律的實驗。在小車A的前端粘有橡皮泥，推動小車A使之做勻速運動，然后與原來靜止在正前方的小車B相碰并粘在一起，繼續做勻速運動，裝置如圖甲所示，在小車A的后面連著紙帶，打點計時器所接電源頻率為50Hz，長木板下墊著小木塊以平衡摩擦力。（1）若打出的紙帶如圖乙所示，并測得相鄰兩計數點的間距（已標在圖上），A點為運動的起點，則應選段來計算小車A碰撞前的速度，應選段來計算小車A和B碰后的共同速度。（以上兩空選填“AB”“BC”“CD”或“DE”）（2）已測得小車A（包括橡皮泥）的質量m1＝0.4kg，小車B的質量m2＝0.2kg，則碰前兩小車的總動量大小為kg·m·s－1，碰后兩小車的總動量大小為kg·m·s－1。（計算結果均保留3位有效數字）【典例1】（2023·遼寧高考11題）某同學為了驗證對心碰撞過程中的動量守恒定律，設計了如下實驗。用紙板搭建如圖所示的滑道，使硬幣可以平滑地從斜面滑到水平面上，其中OA為水平段。選擇相同材質的一元硬幣和一角硬幣進行實驗。測量硬幣的質量，得到一元和一角硬幣的質量分別為m1和m2（m1＞m2）。將硬幣甲放置在斜面上某一位置，標記此位置為B。由靜止釋放甲，當甲停在水平面上某處時，測量甲從O點到停止處的滑行距離OP。將硬幣乙放置在O處，左側與O點重合，將甲放置于B點由靜止釋放。當兩枚硬幣發生碰撞后，分別測量甲、乙從O點到停止處的滑行距離OM和ON。保持釋放位置不變，重復實驗若干次，得到OP、OM、ON的平均值分別為s0、s1、s2。（1）在本實驗中，甲選用的是（選填“一元”或“一角”）硬幣；（2）碰撞前，甲到O點時速度的大小可表示為（設硬幣與紙板間的動摩擦因數為μ，重力加速度為g）；（3）若甲、乙碰撞過程中動量守恒，則s0－s1s2＝（用m1和（4）由于存在某種系統或偶然誤差，計算得到碰撞前后甲動量變化量大小與乙動量變化量大小的比值不是1，寫出一條產生這種誤差可能的原因：。三步穩解題（1）分析實驗目的：驗證對心碰撞過程中的動量守恒定律。（2）確定實驗原理：碰撞后瞬間甲和乙的合動量如果與碰撞前瞬間甲的動量相等，則甲、乙碰撞過程中動量是守恒的。（3）制定數據處理方案：本實驗沒有直接測量碰撞前后硬幣的速度，而是測量出了硬幣的滑動距離，通過動能定理表示出速度，驗證是否滿足m1v0＝m1v1＋m2v2。聽課記錄【典例2】為了驗證動量守恒定律，某同學選取了兩個材質相同、體積不等的立方體滑塊A和B，按下述步驟進行實驗：步驟1：在A、B的相撞面分別裝上尼龍拉扣，以便二者相撞以后能夠立刻結為整體。步驟2：安裝好實驗裝置如圖甲，鋁質軌道槽的左端是傾斜槽，右端是長直水平槽，傾斜槽和水平槽由一小段弧連接，軌道槽被固定在水平桌面上，在軌道槽的側面與軌道等高且適當遠處裝一臺數碼頻閃照相機。步驟3：讓B靜止于水平槽的某處，A從斜槽某處由靜止釋放，同時開始頻閃拍攝，直到A、B停止運動，得到一幅多次曝光的數碼照片。步驟4：多次重復步驟3，得到多幅照片，挑出其中最理想的一幅，打印出來，將刻度尺緊靠照片放置，如圖乙所示。（1）由圖乙分析可知，A與B碰撞發生的位置在（填選項前數字）。①P5、P6之間②P6處③P6、P7之間（2）為了探究碰撞中動量是否守恒，需要直接測量或讀取的物理量是（填選項前數字）。①A、B的質量m1和m2②A釋放時距桌面的高度③頻閃照相的周期④照片尺寸和實際尺寸的比例⑤照片上測得的s45、s56和s67、s78⑥照片上測得的s34、s45、s56和s67、s78、s89⑦滑塊與桌面間的動摩擦因數寫出驗證動量守恒的表達式。（3）請你寫出一條有利于提高實驗準確度或改進實驗原理的建議：。三步穩解題（1）分析實驗目的：驗證動量守恒定律。（2）確定實驗原理：碰撞后瞬間A、B一起運動的動量如果與碰撞前瞬間A的動量大小相等，則A、B碰撞過程中動量是守恒的。（3）制定數據處理方案：用天平測定A、B的質量m1、m2，利用處理紙帶的方法求出碰撞前瞬間A的速度v6和碰撞后瞬間A、B一起運動的速度v6'，如果滿足m1v6＝（m1＋m2）v6'，則系統動量守恒。聽課記錄某同學設計了一個如圖所示的實驗裝置驗證動量守恒定律。小球A底部豎直地粘住一片寬度為d的遮光條，用懸線懸掛在O點，光電門固定在O點正下方鐵架臺的托桿上，小球B放在豎直支撐桿上，桿下方懸掛一重錘，小球A（包含遮光條）和B的質量用天平測出分別為mA、mB，拉起小球A一定角度后釋放，兩小球碰撞前瞬間，遮光條剛好通過光電門，碰后小球B做平拋運動而落地，小球A反彈右擺一定角度，計時器的兩次示數分別為t1、t2，測量O點到球心的距離為L，小球B離地面的高度為h，小球B平拋的水平位移為x。（1）關于實驗過程中的注意事項，下列說法正確的是（填選項前字母）。A.要使小球A和小球B發生對心碰撞B.小球A的質量要大于小球B的質量C.應使小球A由靜止釋放（2）某次測量