第一章　4　實驗：驗證動量守恒定律-2025版高二物理選擇性必修一

4實驗：驗證動量守恒定律(分值：60分)1題3分，2題9分，3題15分，4題12分，5題5分，6題16分，共60分1．(3分)用氣墊導軌進行實驗時，經常需要使導軌保持水平，檢驗氣墊導軌是否水平的方法之一是：輕推一下滑塊，使其先后滑過光電門1和光電門2，如圖所示，其上的遮光條將光遮住，數(shù)字計時器可自動記錄滑塊先后經過光電門1、2時的遮光時間Δt1和Δt2，比較Δt1和Δt2即可判斷導軌是否水平，為使這種檢驗更精準，正確的措施是()A．換用質量更大的滑塊B．換用寬度Δx更大的遮光條C．提高測量遮光條寬度Δx的精確度D．盡可能增大光電門1、2之間的距離L2．(9分)(2023·臨沂市第一中學高二期末)為驗證動量守恒定律，課外興趣小組設計了如圖所示的實驗裝置，氣墊導軌已經調成水平，兩個滑塊A、B分別靜置在氣墊導軌上，在滑塊A的右側以及滑塊B的左側都安裝了彈簧片，在滑塊A、B的上方安裝了寬度相同的遮光片。C、D為固定在氣墊導軌上的光電門傳感器，與它們相連的計算機可以記錄遮光片經過光電門的遮光時間。某同學進行的實驗步驟如下：①測量滑塊A、B的質量(含彈簧片及遮光片)，分別記為mA、mB；②測量滑塊A、B上遮光片的寬度，記為d；③給滑塊A一個向右的瞬時沖量，觀察滑塊A的運動情況及A、B兩滑塊在相碰后各自的運動情況；④讀取滑塊A第一次經過光電門C的時間為t1、滑塊B經過光電門D的時間為t2，滑塊A第二次經過光電門C的時間為t3?；卮鹣铝袉栴}：(1)(3分)為保證本實驗成功，滑塊A的質量應________(填“大于”“等于”或“小于”)滑塊B的質量；(2)(3分)碰撞后滑塊A的速度大小為________；(用題中涉及的物理量符號表示)(3)(3分)若關系式__________________________________成立，則碰撞過程中，滑塊A、B組成的系統(tǒng)動量守恒。(用題中涉及的物理量符號表示)3．(15分)(2023·鹽城市亭湖中學高二期中)在驗證動量守恒定律的實驗研究過程中：小明用“碰撞實驗器”驗證動量守恒定律，實驗裝置如圖甲所示，研究兩個小球在軌道水平部分碰撞前后的動量關系。O是小球拋出時球心在地面上的垂直投影點，實驗時，小明先讓入射小球m1多次從斜軌上S位置由靜止釋放，找到其落地點的平均位置P，測量平拋的水平位移OP。然后把被碰小球m2靜置于水平軌道的末端，再將入射小球m1從斜軌上S位置由靜止釋放，與小球m2相撞，多次重復實驗，找到兩小球落地的平均位置M、N。(1)(3分)圖乙是小球m2的多次落點痕跡，由此可確定其落點的平均位置對應的讀數(shù)為________cm。(2)(3分)下列器材選取或實驗操作符合實驗要求的是________。A．選用兩球的質量應滿足m1>m2B．可選用半徑不同的兩小球C．小球m1每次必須從斜軌同一位置釋放D．需用秒表測量小球在空中飛行的時間(3)(3分)在某次實驗中，測量出兩小球的質量分別為m1、m2，三個落點的平均位置與O點的距離分別為OM、OP、ON。在實驗誤差允許范圍內，若滿足關系式________________________，即驗證了碰撞前后兩小球組成的系統(tǒng)動量守恒。(用測量的物理量表示)(4)(6分)小華在驗證動量守恒定律時，利用在斜面上的兩小車a、b碰撞過程來完成：如圖丙所示，小車a的前端粘有質量不計的橡皮泥，在小車a后連著紙帶，紙帶通過電磁打點計時器，長木板下墊著小木塊，開始時未放小車b，移動長木板下的小木塊，輕推小車a，直到紙帶上打下的點跡__________(填“均勻”或“不均勻”)。然后在小車a的前方放置一個與a材料相同的靜止小車b，推動小車a使之運動，之后與小車b相碰并粘合成一體，若測得實驗中某條打點的紙帶如圖丁所示，O為運動的起點，x1、x2、x3、x4分別為OA、AB、BC、CD的長度，設a的質量為ma、b的質量為mb，要驗證碰撞過程中動量守恒，則要驗證的關系為__________________________(用ma、mb、x1、x2、x3、x4中合適的量來表示)。4．(12分)如圖所示，某同學利用光電門、彈簧、滑塊、小球等裝置設計了一個實驗，驗證動量守恒定律。主要操作步驟為：①將光電門固定在光滑水平桌面上；②用天平分別測出小滑塊a(含擋光片)和小球b的質量ma、mb；③在桌面右邊的地面上鋪白紙，白紙上面放上復寫紙；④在a和b之間放一鎖定壓縮的輕彈簧，將系統(tǒng)靜止放置在桌面上；⑤解除鎖定，a、b瞬間被彈開，記錄a通過光電門時擋光片的遮光時間t；⑥記錄b落在地面上的點M，用刻度尺測出其到桌面的高度h和落地點M到桌子邊緣投影點O′的水平距離s。已知擋光片寬度為d、重力加速度為g，請回答下列問題：(1)(3分)滑塊a經過光電門時的瞬時速度v＝________(用題干中字母表示)；(2)(3分)小球做平拋運動的初速度v0＝________；(用題干中字母表示)；(3)(3分)若a、b在解除鎖定過程中動量守恒，需滿足的關系式是____________(用題干中字母表示)；(4)(3分)寫出一條減小實驗誤差的方法：_____________________________________________________________________________________________________________。5．(5分)某同學利用如圖所示的裝置進行“驗證動量守恒定律”的實驗，在水平槽末端與水平地面間放置了一個斜面，斜面的頂點與水平槽等高且無縫連接，已知入射小球質量為mA，被碰小球質量為mB，小球拋出點在地面上的垂直投影點為O，使入射小球從斜槽上S點由靜止?jié)L下，多次實驗，得到兩球落在斜面上的平均落點M′、P′、N′。用刻度尺測量斜面頂點到M′、P′、N′三點的距離分別為l1、l2、l3。則驗證兩球碰撞過程中動量守恒的表達式為__________________________(用所測物理量的字母表示)。6．(16分)(2023·重慶市渝中區(qū)巴蜀中學高二期中)在“驗證動量守恒定律”的實驗中，某同學用如圖甲所示的裝置進行了如下的操作：①先調整斜槽軌道，使其末端的切線水平，在一塊平整木板表面先后釘上白紙和復寫紙，并將該木板豎直立于靠近槽口處，使小球a從斜槽軌道上某固定點處由靜止釋放，撞到木板并在白紙上留下痕跡O；②將木板向右平移適當?shù)木嚯x，再使小球a從原固定點由靜止釋放，撞在木板上并在白紙上留下痕跡B；③把半徑相同的小球b靜止放在斜槽軌道水平段的最右端，讓小球a仍從原固定點由靜止釋放，和小球b相碰后，兩球撞在木板上并在白紙上留下痕跡A和C；④用刻度尺測量白紙上O點到A、B、C三點的距離分別為y1、y2和y3。(1)(4分)上述實驗除需測量白紙上O點到A、B、C三點的距離外，還需要測量的物理量有________。A．木板向右移動的距離LB．小球a和小球b的質量ma、mbC．A、B兩點間的高度差ΔhD．小球a和小球b的半徑r(2)(4分)兩小球的質量關系：ma________mb(填“＞”“＜”或“＝”)。(3)(4分)用本實驗中所測得的量來驗證兩小球碰撞過程動量守恒，其表達式為__________。(4)(4分)完成上述實驗后，某實驗小組對上述裝置進行了改造，如圖乙所示，圖中圓弧為圓心在斜槽末端的eq\f(1,4)圓