2022版新教材物理人教版选择性必修第一册作业：第一章第4节实验：验证动量守恒定律含解析

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课时评价作业
基础达标练
1.利用气垫导轨通过闪光照相进行“验证动量守恒定律”的实验。
（1）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，应选图 （选填“
a
”或“
b
”），若要求碰撞时动能损失最小，则应选图 （选
填“
a
”或“
b
”）。（图
a
两滑块分别装有弹性圈，图 b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
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
c
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
0∼80 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
两滑块质量之比
mA:mB=¿
。
答案：（1）
b
;
a
（2）
2.5 T
;
2 : 3
解析：（1）若要求碰撞时动能损失最大，则需两滑块碰撞后结合在一起，故应选图
b
；
若要求碰撞时动能损失最小，则应使两滑块发生弹性碰撞，即选图
a
。
（2）由图
c
可知，第 1次闪光时，滑块
A
恰好位于
x=10 cm
处，第 2次
A
在
x=30 cm
处，第 3次
A
在
x=50 cm
处，碰撞在
x=60 cm
处。从第 3次闪光到碰撞的时间为
T
2
，
则可知碰撞发生在第 1次闪光后的
2.5 T
时刻。设碰前
A
的速度大小为
v
，则碰后
A
的
速度大小为
v
2
，
的速度大小为
v
，设向右为正方向，根据动量守恒定律可得
mAv=−mA⋅v
2+mB⋅v
，解得
mA
mB
=2
3
。
2.（2021 黑龙江哈尔滨三中月考）某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞过程中不变量
的实验：在小车甲的前端粘有橡皮泥，推动小车甲使之做匀速直线运动。然后与原来静止
在前方的小车乙相碰并粘合成一体，而后两车继续做匀速直线运动，他设计的具体装置如
图1所示。在小车甲后连着纸带，打点计时器的打点频率为
50 Hz
，长木板下垫着小木片
用以平衡摩擦力。
（1）若已得到打点纸带如图 2所示，测得各计数点间距并标在图上，
A
为运动起始的第
一点，则应选 段计算小车甲的碰前速度，应选 段来计算小车甲和乙碰后的共同速度
（以上两格选填“
AB
”“
BC
”“
CD
”或“
DE
”）。
（2）已测得小车甲的质量
m甲=0.40 kg
，小车乙的质量
m乙=0.20 kg
，由以上测量结果，
可得碰前
m甲v甲+m乙v乙=kg ⋅m/s
；碰后
m甲v甲'+m乙v乙'=kg ⋅m/s
。
（3）通过计算得出的结论是 。
答案：（1）
BC
;
DE
（2）
0.420
;
0.417
（3）在误差允许范围内，碰撞前后两个小车的
动量守恒
解析：（1）观察打点计时器打出的纸带，点迹均匀的阶段
BC
应为小车甲与乙碰前的阶
段，
CD
段点迹不均匀，故
CD
应为碰撞阶段，甲、乙碰撞后一起做匀速直线运动，打出
间距均匀的点，故应选
DE
段计算碰后共同的速度。
（2）
vc
甲
¿xBC
Δt =1.05 m/s
，
v'=xDE
Δt =0.695 m/s
碰前，
m甲v甲+m乙v乙=0.420 kg ⋅m/s
碰后，
m甲v甲'+m乙v乙'=(m甲+m乙)v ' =0.60 ×0.695 kg ⋅m/s=0.417 kg ⋅m/s
。
（3）在实验误差允许范围内，碰撞前后两个小车的动量守恒。
3.（2021 河南信阳高中高二期中）如图为一弹簧弹射装置，在内壁光滑、水平固定的金属
管中放有轻弹簧，弹簧压缩并锁定，在金属管两端各放置一个金属小球1和2（两球直径
略小于管径且与弹簧不固连）。现解除弹簧锁定，两个小球同时沿同一直线向相反方向弹
射。然后按下述步骤进行实验：
①用天平测出两球质量
m1、m2
；
②用刻度尺测出两管口离地面的高度
ℎ
；
③ 记录两球在水平地面上的落点
P、Q
。
回答下列问题：
（1）要测定弹射装置在弹射时所具有的弹性势能，还需测量的物理量有 。（已知重力加
速度为
g
）
A.弹簧的压缩量
Δx
B.两球落点
P、Q
到对应管口
M、N
的水平距离
x1、x2
C.小球直径
D.两球从管口弹出到落地的时间
t1、t2
（2）根据测量结果，可得弹性势能的表达式为
Ep=¿
。
（3）由上述测得的物理量来表示，如果满足关系式 ，就说明弹射过程中两小球组成的系
统动量守恒。
答案：（1）
B
（2）
m1g x1
2
4ℎ+m2g x2
2
4ℎ
（3）
m1x1=m2x2
解析：（1）根据机械能守恒定律可知，弹簧的弹性势能等于两球得到的动能之和，而要求
解动能必须还要知道两球弹射的初速度
v0
，由平抛运动规律可知
v0=x
❑
√
2ℎ
g
，故还需要测
出两球落点
P、Q
到对应管口
M、N
的水平距离
t1、t2
。
（2）小球被弹开时获得的动能
Ek=1
2m v0
2=mg x2
4ℎ
，故弹性势能的表达式为
Ep=1
2m1v1
2+1
2m2v2
2=m1g x1
2
4ℎ+m2g x2
2
4ℎ
。
（3）如果满足关系式
m1v1=m2v2
，即
m1x1=m2x2
，那么就说明弹射过程中两小球组成
的系统动量守恒。
素养提升练
4.（2021 广东惠州一中模拟）气垫导轨是常用的一种实验仪器。它是利用气泵使带孔的导
轨与滑块之间形成气垫，使滑块悬浮在导轨上，滑块与导轨间可视为没有摩擦。我们可以
用带竖直挡板
C、D
的气垫导轨以及滑块
A、B
来验证动量守恒定律，实验装置如图所
示（弹簧的长度忽略不计）。
采用的实验步骤如下：
①用天平分别测出滑块
A、B
的质量
mA、mB
。
② 调整气垫导轨，使导轨处于水平。
③在
A
和
B
间放入一个被压缩的轻弹簧，用电动卡销锁定，静止放置在气垫导轨上。
④用刻度尺测出
A
的左端至
C
板的距离
L1
。
⑤ 按下电钮放开卡销，同时使分别记录滑块
A、B
运动时间的计时器开始工作。当
A、B
滑块分别碰撞
C、D
挡板时停止计时，记下
A、B
分别到达
C、D
的运动时间
t1
和
t2
。
（1）实验中还应测量的物理量是 。
（2）利用上述测量的实验数据，验证动量守恒定律的表达式是 ，上式中算得的
A、B
两滑块的动量大小并不完全相等，产生误差的原因是 。
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