《高考物理一轮复习考点全攻关》专题（42）实验七　验证动量守恒定律（解析版）

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2021 年高考物理一轮复习考点全攻关
专题（42）实验七　验证动量守恒定律（解析版）
双基过关：
基本实验要求
1．实验原理
在一维碰撞中，测出物体的质量 m和碰撞前、后物体的速度 v、v′，算出碰撞前的动量
p＝m1v1＋m2v2及碰撞后的动量 p′＝m1v1′＋m2v2′，看碰撞前后动量是否相等．
2．实验器材
斜槽、小球(两个)、天平、直尺、复写纸、白纸、圆规、重垂线．
3．实验步骤
(1)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)按照如图甲所示安装实验器材．调整、固定斜槽使斜槽底端水平．
(3)白纸在下，复写纸在上且在适当位置铺放好．记下重垂线所指的位置 O.
(4)不放被撞小球，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小球
所有的落点都圈在里面．圆心 P就是小球落点的平均位置．
(5)把被撞小球放在斜槽末端，让入射小球从斜槽同一高度自由滚下，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 M和被撞小球落点的平均位置 N.如图乙所示．
(6)连接 ON，测量线段 OP、OM、ON 的长度．将测量数据填入表中．最后代入 m1·＝m1·＋m2·，看在误差
允许的范围内是否成立．
(7)整理好实验器材，放回原处．
(8)实验结论：在实验误差允许范围内，碰撞系统的动量守恒．
基本实验方法
1．数据处理
验证表达式：m1·＝m1·＋m2·.
2．注意事项
(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.
1
命题热点一：教材原型实验
【例 1】 如图甲，某实验小组采用常规方案验证动量守恒定律．实验完成后，该小组又把水平木板改为竖
直木板再次实验，如图乙所示．图中小球半径均相同、质量均已知，且 mA>mB，B、B′ 两点在同一水平线
上．
(1)若采用图甲所示的装置，实验中还必须测量的物理量是_____________________________．
(2)若采用图乙所示的装置，下列说法正确的是________．
A．必需测量 BN、BP 和BM 的距离
B．必需测量 B′N、B′P和B′M的距离
C．若＝＋，则表明此碰撞动量守恒
D．若＝＋，则表明此碰撞动量守恒
【答案】　(1)OM、OP 和ON 的距离　(2)BC
【解析】　(1)如果采用题图甲所示装置，由于小球平抛运动的时间相等，故可以用水平位移代替速度进行
验证，故需要测量 OM、OP 和ON 的距离；
(2)采用题图乙所示装置时，利用水平距离相等，根据下落的高度可确定飞行时间，从而根据高度表示出对
应的水平速度，故需测量 B′N、B′P和B′M的距离，小球碰后做平抛运动，速度越快，下落高度越小，单独
一个小球下落时，落点为 P，两球相碰后，落点分别为M和N，根据动量守恒定律有：mAv＝mAv1＋mBv2，
而速度 v＝，根据h＝gt2可得t＝，解得：v＝，v1＝，v2＝，代入动量守恒表达式，消去公共项后，有：＝
＋，故选 C.
【变式 1】　如图，用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞
前后的动量关系．
(1)实验中，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的，但是可以通过仅测量 ________(填选项前的序号)，
间接地解决这个问题．
A．小球开始释放的高度 h
B．小球抛出点距地面的高度 H
C．小球做平抛运动的水平位移
2
(2)用天平测量两个小球的质量 m1、m2.图中 O点是小球抛出点在水平地面上的垂直投影，实验时，先让入
射小球 m1多次从斜轨上S位置静止释放；然后把被碰小球 m2静置于轨道水平部分的右侧末端，再将入射
小球 m1从斜轨上S位置静止释放，与小球 m2相撞，并重复多次，分别找到小球的平均落点 M、P、N，并
测量出平均水平位移 OM、OP、ON.
(3)若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为________________________（用(2)中测量的量表示）；
若碰撞是弹性碰撞，那么还应该满足的表达式为_______________________（用(2)中测量的量表示）．
【答案】　(1)C　(3)m1·OP＝m1·OM＋m2·ON m1·OP2＝m1·OM2＋m2·ON2
【解析】(1)验证动量守恒定律实验中，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系，直接测定小
球碰撞前后的速度是不容易的，根据平抛运动规律，若落地高度不变，则运动时间不变，因此可以用水平
位移大小来体现速度大小，故需要测量水平位移，故 A、B错误，C正确．
(3)根据平抛运动规律可知，落地高度相同，则运动时间相同，设落地时间为 t，则：v0＝，v1＝，v2＝，而
动量守恒的表达式是：m1v0＝m1v1＋m2v2
若两球相碰前后的动量守恒，则需要验证表达式 m1·OP＝m1·OM＋m2·ON 即可；
若为弹性碰撞，则碰撞前后系统动能相同，则有：m1v＝m1v＋m2v，
即满足关系式：m1·OP2＝m1·OM 2＋m2·ON 2.
命题热点二：实验方案创新
创新方案 1　利用气垫导轨
1．实验器材：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个)、弹簧片、胶布、撞针、橡皮泥等．
2．实验方法
(1)测质量：用天平测出两滑块的质量．
(2)安装：按图安装并调好实验装置．
(3)实验：接通电源，利用光电计时器测出两滑块在各种情况下碰撞前、后的速度(例如：①改变滑块的质
量；②改变滑块的初速度大小和方向)．
(4)验证：一维碰撞中的动量守恒．
【例 2】 如图甲所示为验证动量守恒的实验装置，气垫导轨置于水平桌面上，G1和G2为两个光电门，
A、B均为弹性滑块，质量分别为mA、mB，且选择mA大于 mB，两遮光片沿运动方向的宽度均为 d，实验过
程如下：
①调节气垫导轨成水平状态；
② 轻推滑块 A，测得A通过光电门 G1的遮光时间为 t1；
3
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