《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（解析版）

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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 　 C 　 。
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＝　 D 　 。
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 　小球到达斜槽末端时
的速度相同，确保多次运动的轨迹相同　。
【解答】解：（1）A、只要小球从斜槽同一位置由静止释放，小球做平抛运动从初速度就相同，
实验所用斜槽应不必光滑，故 A错误；
B、画轨迹时应把尽可能多的描出的点用平滑的曲线连接起来，故 B错误；
C、为减小实验误差，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，故 C正确。
故选：C。
（2）小球做平抛运动，设运动时间为 t，
水平方向 x0＝v0t
竖直方向 y0
¿1
2g t2
解得：v0＝x0
√
g
2y0
，故 ABC 错误，D正确。
故选：D。
（3）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小球到达斜槽末端时的速度相
同，确保多次运动的轨迹相同。
故答案为：（1）C；（2）D；（3）小球到达斜槽末端时的速度相同，确保多次运动的轨迹相同。
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 　 C 　 。
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 　 0.200 　 kg•m/s。（结果保留
3位有效数字）
【解答】解：（1）AB、实验需要测量小车的速度与质量，不需要测量滑轨的长度、不需要测量
小车的长度和高度，故 AB 错误；
C、系统所受合外力为零系统动量守恒，碰撞前将滑轨调成水平，故 C正确。
（2）由于 A的质量小于 B的质量，碰撞后 A反弹，以碰撞前 A的速度方向为正方向，
碰 撞 后 小 车 A、B所 构 成 的 系 统 总 动 量 大 小 p＝mAvA+mBvB＝0.200× （ ﹣ 0.200 ）kg•m/
s+0.300×0.800kg•m/s＝0.200kg•m/s
故答案为：（1）C；（2）0.200。
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
大约相等　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＝　 m 1gt12　，滑块动量改变量的大小 Δp＝　 m 2（
d
Δt2
−d
Δt1
）　；（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＝　 0.221 　 N•s，Δp＝
0.212 　 kg•m•s 1﹣；（结果均保留 3位有效数字）
（7）定义δ＝|
|×100%，本次实验 Δ＝　 4 　 %（保留 1位有效数字）。
【解答】解：（1）气垫导轨水平时，不考虑摩擦力时，滑块所受的合外力为零，此时滑块做匀
速直线运动，而两个光电门的宽度都为d，根据 t
¿d
v
得遮光片经过两个光电门的遮光时间相等，
实际实验中，会存在摩擦力使得滑块做的运动近似为匀速直线运动，故遮光片经过两个光电门
的遮光时间大约相等；
（5）在遮光片随滑块从 A运动到 B的过程中，拉力的大小等于砝码和砝码盘所受重力，故 F＝
m1g，而遮光片从 A运动到 B所用的时间为 t12，故拉力冲量的大小 I＝Ft12＝m1gt12；
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