2025版高考物理考點題型歸納總結(jié)（含答案）考點36　實驗八　驗證動量守恒定律

考點36實驗八驗證動量守恒定律強基固本對點練1.[2024·江西省臨川一中期中考試]某同學(xué)利用打點計時器設(shè)計了一個驗證碰撞過程中動量守恒的實驗．在進行平衡摩擦力的操作之后，他推動粘有橡皮泥的小車甲使其在木板上做勻速直線運動，然后小車甲與原來靜止在前方的小車乙相碰并粘合，之后兩車繼續(xù)做勻速直線運動，他設(shè)計的具體實驗裝置如下圖所示，小車甲后連著紙帶，打點計時器打點頻率為50Hz，長木板下墊著小木片用以平衡摩擦力．(1)若實驗時打出的紙帶如下圖所示，測得各計數(shù)點間距并標在圖中，其中A為小車運動的起始點，計算小車甲的碰前速度應(yīng)選________段，計算甲乙相碰之后的共同速度應(yīng)選________段；(以上兩空填“AB”“BC”“CD”或“DE”)(2)在實驗前已經(jīng)測得小車甲的質(zhì)量為m甲＝0.2kg，小車乙的質(zhì)量m乙＝0.1kg，則根據(jù)以上測量結(jié)果可得：碰前總動量為________kg·m/s(結(jié)果保留三位小數(shù))；碰后總動量為________kg·m/s(結(jié)果保留三位小數(shù)).由上述實驗結(jié)果得到的結(jié)論是________．2．[2024·河南省學(xué)業(yè)質(zhì)量監(jiān)測]某同學(xué)用如圖甲所示的裝置通過兩球相碰來驗證碰撞中的動量守恒．圖中AB是斜槽，BC是水平槽，斜槽與水平槽平滑相接，先將小球1從斜槽軌道上某固定點處由靜止釋放，落在水平面上的記錄紙上留下印跡，重復(fù)上述操作多次，根據(jù)小球1落在記錄紙上的印跡確定小球1在記錄紙上的平均位置P.再把小球2放在水平槽的最右端處，讓小球1從斜槽軌道上原來的固定點由靜止釋放，與小球2碰后兩小球分別落在記錄紙上留下落點印跡，重復(fù)上述操作多次，確定兩小球在記錄紙上落點的平均位置M、N.(1)實驗中小球1的質(zhì)量為m1，半徑為r1；小球2的質(zhì)量為m2，半徑為r2，則小球的質(zhì)量和半徑需要滿足________A．m1>m2，r1>r2B．m1>m2，r1<r2C．m1>m2，r1＝r2D．m1<m2，r1＝r2(2)圖甲中M點為相撞后小球____(填“1”或“2”)的落點平均位置．正確操作實驗后，測量得出的落點距O點的水平距離，如圖乙所示，則在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，eq\f(m1,m2)＝________(填具體數(shù)值)，則相撞中的動量守恒得到驗證．3．[2024·江西省撫州市期中考試]圖甲是驗證動量守恒定律的裝置，氣墊導(dǎo)軌上安裝了1、2兩個光電門，兩滑塊上均固定一相同的豎直遮光條．(1)用游標卡尺測得遮光條的寬度如圖乙所示，其讀數(shù)為________cm.(2)實驗前，接通氣源后，在導(dǎo)軌上輕放一個滑塊，給滑塊一初速度，使它從軌道左端向右運動，發(fā)現(xiàn)滑塊通過光電門1的時間小于通過光電門2的時間．為使導(dǎo)軌水平，可調(diào)節(jié)Q使軌道右端________(選填“升高”或“降低”)一些；(3)實驗開始前滑塊A置于光電門1的左側(cè)，滑塊B靜置于兩光電門間的某一適當位置．給A一個向右的初速度，通過光電門1的時間為t1，A與B碰撞后A通過光電門1的時間為t2，B通過光電門2的時間為t3.為完成該實驗，還必需測量的物理量有________．A．滑塊A的總質(zhì)量m1B．滑塊B的總質(zhì)量m2C．光電門1到光電門2的間距LD．滑塊A兩次經(jīng)過光電門1的時間t(4)若在誤差允許的范圍內(nèi)滿足表達式________________，則表明兩滑塊碰撞過程中動量守恒．(5)若還滿足表達式__________________，則表明兩滑塊的碰撞為彈性碰撞．培優(yōu)提能模擬練4.[2024·湖北省部分高中聯(lián)考]如圖所示，一圓弧形軌道與水平軌道OP平滑連接，滑塊A和滑塊B使用相同材料制成，質(zhì)量分別為m1、m2，用上述裝置探究動量守恒定律的實驗步驟如下：①不放滑塊B，讓滑塊A從圓弧軌道上S點由靜止滑下，記錄滑塊A的停止點O1；②把滑塊B靜置于水平軌道始端О點，讓滑塊A仍從S點由靜止滑下，分別記錄滑塊A和滑塊B的停止點；③測量三個停止點到О點間的距離分別為2.70cm、4.80cm、7.50cm.(1)步驟②中滑塊B的停止點為__________．(選填“O1”“O2”或“O3”).(2)若碰撞過程中動量守恒，則滑塊A和滑塊B的質(zhì)量之比eq\f(m1,m2)＝__________．(3)實驗中滑塊A和滑塊B的碰撞________．(選填“是”或“不是”)彈性碰撞．5．[2024·湖北省云學(xué)名校聯(lián)盟聯(lián)考]某同學(xué)用如圖所示氣墊導(dǎo)軌和壓力傳感器驗證動量守恒實驗，實驗步驟如下：①用托盤天平測出兩滑塊的質(zhì)量m1、m2②將m2右移，壓縮右側(cè)彈簧至一定長度，然后由靜止釋放m2，使得m2與m1碰撞后反彈③記錄下m2釋放時右側(cè)壓力傳感器初始讀數(shù)F0和m2與m1碰撞后左側(cè)壓力傳感器最大示數(shù)F1和右側(cè)壓力傳感器最大示數(shù)F2兩側(cè)彈簧的勁度系數(shù)都為k，彈簧彈性勢能的表達式為Ep＝eq\f(1,2)kx2，其中k、x分別為彈簧的勁度系數(shù)和形變量．(1)在實驗之前還需要進行的實驗操作有________A．測量彈簧的原長B．在使用之前將壓力傳感器調(diào)零C．測出初始時m1、m2到左右兩側(cè)壓力傳感器的距離D．記錄下m1、m2碰撞后到壓縮左右兩側(cè)壓力傳感器到最大示數(shù)的時間(2)為使m2與m1碰撞后反彈，需保證m2________m1(填“>”“＝”“<”).(3)m2碰前初速度為________(用題目所給字母表示).(4)實驗要驗證的動量守恒表達式為______．A．eq\f(F0,\r(m2))＝eq\f(F1,\r(m1))－eq\f(F2,\r(m2))B．eq\f(F0,m2)＝eq\f(F1,m1)－eq\f(F2,m2)C．F0m2＋F2m2＝F1m1D．F0eq\r(m2)＋F2eq\r(m2)＝F1eq\r(m1)6.[2024·黑龍江省哈師大附中期中考試]某同學(xué)用如圖所示裝置驗證動量守恒定律．斜槽軌道被豎直固定在水平桌面上，其末端Q伸出桌面外且切線水平；擋板b豎直固定，點O是Q點的水平投影點；小鋼球1和玻璃球2的大小相等且均可視為質(zhì)點；圖中的P、M、N是小球與擋板的撞擊點．請回答下列問題：(1)用游標卡尺測量出的小鋼球的直徑如下圖所示，可知小鋼球直徑d＝________cm.(2)第一次在不放玻璃球2時，將小鋼球1從斜槽上E點由靜止釋放，它撞擊在擋板b上；第二次將玻璃球2放在斜槽末端Q處，小鋼球仍從E點由靜止釋放，它們均撞擊在擋板b上．則第一次小鋼球1撞擊在擋板b上的________點(選填“P”“M”或“N”).(3)要完成該實驗，必須測量的物理量有________(填正確答案標號).A．小鋼球1和玻璃球2的質(zhì)量m1、m2B．小鋼球1或玻璃球2的直徑dC．E、Q之間的豎直高度hD．Q、O之間的水平距離xE．OP、OM、ON的長度HP、HM、HN(4)在誤差允許范圍內(nèi)，關(guān)系式________成立，說明兩球在碰撞過程中動量守恒．(用所測的物理量表示且為最簡形式)

考點36實驗八驗證動量守恒定律1．答案：(1)BCDE(2)0.2100.209在誤差允許范圍內(nèi)，甲乙碰撞過程中，系統(tǒng)動量守恒解析：(1)計算小車甲的碰前速度應(yīng)選擇點跡均勻且點跡間距較大的部分，即應(yīng)選BC段，同理計算甲乙相碰之后的共同速度應(yīng)選點跡均勻且點間距較小的DE段．(2)根據(jù)以上測量結(jié)果可得：碰前速度v1＝eq\f(10.5×10－2,0.1)m/s＝1.05m/s，碰前總動量為p1＝m甲v1＝0.2×1.05kg·m/s＝0.210kg·m/s，碰后速度v2＝eq\f(6.95×102,0.1)m/s＝0.695m/s，碰后總動量為p2＝(m甲＋m乙)v2＝(0.2＋0.1)×0.695kg·m/s＝0.209kg·m/s，由上述實驗結(jié)果得到的結(jié)論是在誤差允許范圍內(nèi)，甲乙碰撞過程中，系統(tǒng)動量守恒．2．答案：(1)C(2)1eq\f(3,2)解析：(1)為使兩球正碰且碰撞后都做平拋運動，小球1的質(zhì)量應(yīng)大于小球2的質(zhì)量，且半徑相同，即m1>m2，r1＝r2，C正確．(2)M點水平位移最小，是碰撞后小球1的落點平均位置．根據(jù)動量守恒定律m1eq\f(OP,t)＝m1eq\f(OM,t)＋m2eq\f(ON,t)，代入數(shù)據(jù)得eq\f(m1,m2)＝eq\f(3,2).3．答案：(1)1.345(2)降低(3)AB(4)eq\f(m1,t1)＝eq\f(m2,t3)－eq\f(m1,t2)(5)eq\f(m1,teq\o\al(2,1))＝eq\f(m2,teq\o\al(2,3))＋eq\f(m1,teq\o\al(2,2))解析：(1)圖中游標卡尺讀數(shù)為13mm＋9×0.05mm＝1.345cm.(2)滑塊通過光電門1的時間小于通過光電門2的時間，說明滑塊從光電門1到光電門2為減速運動，則右端較高，因此可調(diào)節(jié)Q使軌道右端降低．(3)設(shè)擋光片的寬度為d，碰前A的速度大小為eq\f(d,t1)，碰后A的速度大小為eq\f(d,t2)，碰后B的速度大小為eq\f(d,t3)，取向右為正方向，根據(jù)動量守恒定律有m1·eq\f(d,t1)＝－m1·eq\f(d,t2)＋m2·eq\f(d,t3)，整理可得eq\f(m1,t1)＝eq\f(m2,t3)－eq\f(m1,t2)，故還需要測量滑塊A的總質(zhì)量m1和滑塊B的總質(zhì)量m2，A、B正確．(4)根據(jù)以上分析需要驗證的表達式為eq\f(m1,t1)＝eq\f(m2,t3)－eq\f(m1,t2).(5)若碰撞為彈性碰撞，碰撞前后動能總和不變，有eq\f(1,2)m1·(eq\f(d,t1))2＝eq\f(1,2)m1·(eq\f(d,t2))2＋eq\f(1,2)m2·(eq\f(d,t3))2，即eq\f(m1,teq\o\al(2,1))＝eq\f(m2,teq\o\al(2,3))＋eq\f(m1,teq\o\al(2,2)).4．答案：(1)O3(2)5(3)不是解析：(1)為了保證碰撞后滑塊A不反彈，必須滿足m1>m2，從而使得A與B碰撞后，B的速度大于A碰前的速度，運動的位移最大，從而運動到O3位置．(2)根據(jù)動量守恒m1v0＝m1v1＋m2v2，由于v2＝2μgx，動量守恒定律的表達式可以表示為m1eq\r(OO2)＝m1eq\r(OO1)＋m2eq\r(OO3)，代入數(shù)據(jù)可得eq\f(m1,m2)＝5.(3)若是彈性碰撞，滿足機械能守恒eq\f(1,2)m1veq\o\al(2,0)＝eq\f(1,2)m1veq\o\al(2,1)＋eq\f(1,2)m2veq\o\al(2,2)，即應(yīng)該滿足m1·OO2＝m1·OO1＋m2·OO3，代入數(shù)據(jù)可知m1·OO2>m1·OO1＋m2·OO3，不滿足機械能守恒，因此不是彈性碰撞．5．答案：(1)B(2)<(3)eq\f(F0,\r(km2))(4)D解析：(1)不需要測量彈簧原長，A錯誤；在使用之前將壓力傳感器調(diào)零，為后續(xù)實驗和測量工作打下基礎(chǔ)，B正確；m1、m2在氣墊導(dǎo)軌上做勻速運動，不需要測出初始時m1、m2到左右兩側(cè)壓力傳感器的距離，C錯誤；壓縮彈簧所需時間對實驗沒有影響，不需要測量，D錯誤．(2)為使m2與m1碰撞后反彈，需保證m2<m1.(3)釋放m2前，彈簧的彈性勢能為Ep＝eq\f(1,2)kx2＝eq\f(1,2)k(eq\f(F0,k))2＝eq\f(Feq\o\al(2,0),2k)，彈性勢能轉(zhuǎn)化為動能，即eq\f(Feq\o\al(2,0),2k)＝eq\f(1,2)m2veq\o\al(2,0)，m2碰前初速度為v0＝eq\f(F0,\r(km2)).(4)同理(3)可求出碰撞后，兩球速度．根據(jù)動量守恒m2eq\f(F0,\r(km2))＝m1eq\f(F1,\r(km1))－m2eq\f(F2,\r(km2))，得需要驗證的表達式為F0eq\r(m2)＋F2eq\r(m2)＝F1eq\r(m1)，D正確．6．答案：(1)1.070(2)M(3)AE(4)eq\f(m1,\r(HM))＝eq\f(m1,\r(HN))＋eq\f(m2,\r(Hp))解析：(1)游標卡尺是二十分度的，每個小格長度是0.95mm，第14刻線與主尺的24mm對齊，根據(jù)測量原理可得x＋14×0.95mm＝24mm，求得x＝10.70mm，讀數(shù)即為1.070cm.(2)小球離開軌道后做平拋運動，設(shè)擋板與拋出點之間的水平距離為x由平拋運動規(guī)律得x＝v0t，h＝eq\f(1,2)gt2，小球做平拋運動的初速度越小，下落距離越大，碰撞后小球1的速度變小，小于碰撞前的速度，碰撞后小球2的速度小于小球1的速度，由此可知，碰撞后1的速度最小，2的速度最大，由此可知：第一次小鋼球1撞擊在擋板b上的M點，第二次小鋼球1撞擊在擋板b上的N點，玻璃球2撞擊在擋板b上的P點．因此，第一次小鋼球1撞擊在擋板b上的M點．(3)要驗證的關(guān)系式是m1v0＝m1v1＋m2v2，其中v＝eq\f(x,t)＝xeq\r(\f(g,2h))，則v0＝xeq\r(\f(g,2H