《2023届浙江省高三物理高考复习101微专题模型精讲精练》第46讲 验证动量守恒的四种实验方案及数据处理方法（原卷版）

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第 46 讲 验证动量守恒的四种实验方案及数据处理方法
1．（2022•浙江）在“研究平抛运动”实验中，以小钢球离开轨道末端时球心位置为坐标原点 O，
建立水平与竖直坐标轴。让小球从斜槽上离水平桌面高为 h处静止释放，使其水平抛出，通过多
次描点可绘出小球做平抛运动时球心的轨迹，如图所示。在轨迹上取一点 A，读取其坐标
（x0，y0）。
（1）下列说法正确的是 　 　。
A.实验所用斜槽应尽量光滑
B.画轨迹时应把所有描出的点用平滑的曲线连接起来
C.求平抛运动初速度时应读取轨迹上离原点较远的点的数据
（2）根据题目所给信息，小球做平抛运动的初速度大小 v0＝　 　。
A.
√
2gℎ
B.
√
2g y0
C.x0
√
g
2ℎ
D.x0
√
g
2y0
（3）在本实验中要求小球多次从斜槽上同一位置由静止释放的理由是 　 　。
2．（2022•浙江）“探究碰撞中的不变量”的实验装置如图所示，阻力很小的滑轨上有两辆小车
A、B，给小车 A一定速度去碰撞静止的小车 B，小车 A、B碰撞前后的速度大小可由速度传感
器测得。
（1）实验应进行的操作有 　 　。
A．测量滑轨的长度
B．测量小车的长度和高度
C．碰撞前将滑轨调成水平
（2）下表是某次实验时测得的数据：
A的质量/kg B的质量/kg 碰撞前 A的速度大
小/（m•s 1﹣）
碰撞后 A的速度大
小/（m•s 1﹣）
碰撞后 B的速度大
小/（m•s 1﹣）
0.200 0.300 1.010 0.200 0.800
由表中数据可知，碰撞后小车 A、B所构成系统的总动量大小是 　 　kg•m/s。（结果保留 3
位有效数字）
3．（2020•新课标Ⅰ）某同学用如图所示的实验装置验证动量定理，所用器材包括：气垫导轨、滑
块（上方安装有宽度为 d的遮光片）、两个与计算机相连接的光电门、砝码盘和砝码等。
实验步骤如下：
（1）开动气泵，调节气垫导轨，轻推滑块，当滑块上的遮光片经过两个光电门的遮光时间
时，可认为气垫导轨水平；
（2）用天平测砝码与砝码盘的总质量 m1、滑块（含遮光片）的质量 m2；
（3）用细线跨过轻质定滑轮将滑块与砝码盘连接，并让细线水平拉动滑块；
（4）令滑块在砝码和砝码盘的拉动下从左边开始运动，和计算机连接的光电门能测量出遮光片
经过 A、B两处的光电门的遮光时间 Δt1、Δt2及遮光片从 A运动到 B所用的时间 t12；
（5）在遮光片随滑块从 A运动到 B的过程中，如果将砝码和砝码盘所受重力视为滑块所受拉力，
拉力冲量的大小 I＝　 　，滑块动量改变量的大小 Δp＝　 　；（用题中给出的物理量及重
力加速度 g表示）
（6）某一次测量得到的一组数据为：d＝1.000cm，m1＝1.50×10 2﹣kg，m2＝0.400kg，Δt1＝
3.900×10 2﹣s，Δt2＝1.270×10 2﹣s，t12＝1.50s，取 g＝9.80m/s2．计算可得 I＝　 　N•s，Δp＝
kg•m•s 1﹣；（结果均保留 3位有效数字）
（7）定义 δ＝|
I − Δp
I
|×100%，本次实验 Δ＝　 　%（保留 1位有效数字）。
一、知识回顾
一.实验目的：验证动量守恒定律。
二.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
′，计算出碰撞前的动量
p
＝
m
1
v
1＋
m
2
v
2及碰撞后的动量
p
′＝
m
1
v
1′＋
m
2
v
2′，看碰撞前后动量是否守恒。
三.根据不同的测速方法有四种实验方案
方案一：通过平抛测速度，利用斜槽滚球验证动量守恒定律
方案二：通过光电门测速度，利用滑块和气垫导轨或木板完成实验
方案三：利用摆球的摆动的最大高度测速度，设计实验
方案四：通过打点计时器测速度，设计实验
二、例题精析
方案一：通过平抛测速度，利用斜槽滚球验证动量守恒定律
例1．如图 1，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
选项前的符号），间接地解决这个问题。
A．小球开始释放高度 h
B．小球抛出点距地面的高度 H
C．小球做平抛运动的射程
（2）图 1中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影。实验时，先让入射球m1多次从斜轨上 S
位置静止释放，找到其平均落地点的位置 P，测量平抛射程OP．然后，把被碰小球 m2静置于轨
道的水平部分，再将入射球m1从斜轨上 S位置静止释放，与小球 m2相碰，并多次重复。接下来
要完成的必要步骤是　 　。（填选项前的符号）
A．用天平测量两个小球的质量 m1、m2
B．测量小球 m1开始释放高度 h
C．测量抛出点距地面的高度 H
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