新高考物理一轮复习跟踪练习专题9.3 本专题实验（解析版）

专题9.3本专题实验【练】1．（2022·全国·高三开学考试）某研究性学习小组的同学制作了一个验证动量守恒定律的实验装置，如图所示。一圆弧形轨道与水平轨道OP平滑连接。实验中使用不同材料制成、大小相等的滑块A和滑块B，用天平测得质量分别为SKIPIF1<0、SKIPIF1<0。先不放滑块B，使滑块A从圆弧形轨道上某处S点由静止滑下，停止在水平面SKIPIF1<0点，测量并记录滑块A在水平轨道上滑行的距离SKIPIF1<0；再把滑块B静置于水平轨道始端O点，让滑块A仍从圆弧形轨道的S点由静止滑下，滑块A和滑块B碰撞后分别停在水平轨道上的SKIPIF1<0点和SKIPIF1<0点，测量并记录SKIPIF1<0，SKIPIF1<0。（1）本实验必须满足的条件是___________（已知滑块A与滑块B碰撞后不反弹）。A．圆弧轨道必须是光滑的B．滑块A的质量SKIPIF1<0必须大于滑块B的质量SKIPIF1<0C．滑块A每次必须从同一高度由静止释放（2）若两球碰撞前后的动量守恒，其表达式可表示为___________。（3）若进一步研究该碰撞是否为弹性碰撞，还需要判断关系式___________是否成立。【答案】

BC##CBSKIPIF1<0

SKIPIF1<0【解析】（1）AC．实验中不需要保证圆弧轨道是否光滑，只需要保证释放的滑块通过O点时速度一样，即保证在同一高度上释放即可，故A错误，C正确；B．只有滑块A的质量大于滑块B的质量才能保证碰撞时不发生反弹，即碰撞后A的速度不发生变向，故B正确；故选BC。（2）当滑块A第一次从O点滑到O1点时，根据动能定理SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0对滑块A第二次碰撞B后，对A、B后续滑行过程运用动能定理SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0若两球碰撞前动量守恒，则满足SKIPIF1<0即需验证SKIPIF1<0（3）即需验证碰撞前后动能是否相同，即SKIPIF1<0解得SKIPIF1<02．（2022·福建·模拟预测）如图所示，用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球碰撞前后的动量关系。图中的O点为小球抛出点在记录纸上的垂直投影。实验时，先使A球多次从斜轨上位置P由静止释放，找到其平均落地点的位置E。然后，把半径相同的B球静置于水平轨道的末端，再将A球从斜轨上位置P由静止释放，与B球相碰后两球均落在水平地面上，多次重复上述A球与B球相碰的过程，分别找到碰后A球和B球落点的平均位置D和F。用刻度尺测量出水平射程OD、OE、OF分别为x1、x2、x3，测得A球的质量为m1，B球的质量为m2。（1）该实验必须满足的条件有_______。A．两球的质量必须相等B．轨道末端必须水平C．B球的半径大于A球的半径D．A球每次必须从轨道的同一位置由静止释放（2）当满足表达式_______时，即说明两球碰撞中动量守恒；当水平射程x1、x2、x3满足表达式_______时，则说明两球的碰撞为弹性碰撞。（用所测量的物理量表示）【答案】

BD##DB

SKIPIF1<0

SKIPIF1<0【解析】解：（1）A．为防止两球碰后A球反弹，A球的质量必须大于B球的质量，A错误；B．为使两球碰后都做平抛运动，轨道末端必须水平，B正确；C．为减小实验误差，要求两球对心碰撞，因此B球的半径与A球的半径相等，C错误；D．为使小球A每次运动到斜槽末端速度相等，A球每次必须从斜轨道的同一位置由静止释放，D正确。故选BD。（2）两小球碰后在空中做平抛运动，下落的高度相等，由SKIPIF1<0可知，小球在空中运动时间相等，小球在水平方向做匀速直线运动，因此可用水平方向的射程代替小球水平方向的抛出速度，当满足表达式SKIPIF1<0即满足表达式SKIPIF1<0时，说明两球碰撞中动量守恒。若碰撞为弹性碰撞，则机械能守恒，则有SKIPIF1<0所以可知当水平射程x1、x2、x3满足表达式SKIPIF1<0则说明两球的碰撞为弹性碰撞。3．（2022·福建·模拟预测）如图甲所示的装置叫做阿特伍德机，是英国数学家和物理学家阿特伍德（G-Atwood1747-1807）创制的一种著名力学实验装置，用来研究匀变速直线运动的规律。某同学对该装置加以改进后用来验证机械能守恒定律和动量守恒定律，如图乙所示。（已知当地的重力加速度为g）（1）该同学用游标卡尺测量遮光片的宽度如图所示，则d=___________mm；然后将质量均为m（A含挡光片和挂钩、B含挂钩）的重物用绳连接后，跨放在定滑轮上，A置于桌面上处于静止状态，测量出挡光片中心到固定光电门中心的竖直距离h；（2）为了验证动量守恒定律，该同学让A在桌面上处于静止状态，将B从静止位置竖直上升s后由自由下落，直到光电门记录下挡光片挡光的时间为SKIPIF1<0（B未接触桌面），则验证绳绷紧过程中系统沿绳方向动量守恒定律的表达式为___________；如果该同学忘记将B下方的质量也为m的C取下，完成测量后，验证动量守恒定律的表达式为___________。【答案】

6.75

SKIPIF1<0

SKIPIF1<0【解析】（1）游标卡尺的读数为SKIPIF1<0（2）设绳绷紧前B的速度为SKIPIF1<0，B从静止位置竖直上升s后由自由下落到绳绷紧前的过程中由动能定理得SKIPIF1<0SKIPIF1<0绳绷紧前动量SKIPIF1<0绳绷紧后系统所受合外力为0，AB一起匀速运动SKIPIF1<0绳绷紧后动量SKIPIF1<0若动量守恒则SKIPIF1<0所以要验证的表达式为SKIPIF1<0；如果该同学忘记将B下方的质量也为m的C取下，完成测量后，设绳绷紧前BC的速度为SKIPIF1<0，BC一起从静止位置竖直上升s后由自由下落到绳绷紧前的过程中由动能定理得SKIPIF1<0SKIPIF1<0绳绷紧前动量SKIPIF1<0绳绷紧后ABC一起做匀加速运动SKIPIF1<0设A上升h后到达光电门时的速度为SKIPIF1<0，绳绷紧后的瞬间速度为SKIPIF1<0，在A上升h的过程中有SKIPIF1<0SKIPIF1<0绳绷紧后动量SKIPIF1<0若动量守恒则SKIPIF1<0所以要验证的表达式为SKIPIF1<04．（2022·青海西宁·二模）某同学用如图所示装置来验证动量守恒定律。（1）实验中，质量为m1的入射小球A和质量为m2的被碰小球B的质量关系是m1________m2（填“大于”“等于”或“小于”）。（2）当满足关系式________（选项“A”“B”或“C”）时，证明A、B两小球碰撞过程中动量守恒；若碰撞前后系统无机械能损失，则系统机械能守恒的表达式为_________（选项“A”“B”或“C”）。A．SKIPIF1<0B．SKIPIF1<0C．SKIPIF1<0【答案】

大于

A

B【解析】（1）为防止碰撞过程入射球反弹，入射球的质量应大于被碰球的质量m1大于m2。（2）小球离开轨道后做平抛运动，设挡板与抛出点之间的距离为x，由平抛运动规律得：水平方向SKIPIF1<0竖直方向SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0，SKIPIF1<0小球做平抛运动的初速度v越小，下落距离h越大，两球碰撞后，入射小球A的速度变小，小于碰撞前入射小球A的速度，且小于被碰小球B的速度，即被碰小球B的速度最大，入射小球碰撞后的速度最小，所以入射球碰撞前落点位置是SKIPIF1<0，碰撞后落点位置是MSKIPIF1<0，被碰球的落点位置是SKIPIF1<0，则碰撞前入射小球A的速度SKIPIF1<0碰撞后入射球的速度SKIPIF1<0碰撞后被碰球的速度SKIPIF1<0两球碰撞过程系统动量守恒，以向右为正方向，由动量守恒定律得SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0故A正确。故选A。若碰撞前后系统无机械能损失，由机械能守恒定律得SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0故B正确。故选B。5．（2022·江西·丰城九中高三开学考试）实验小组成员利用下图装置验证两球碰撞过程中总动量守恒。先让小球A从斜槽上C点由静止滚下，得到小球A的平均落点为SKIPIF1<0，再使小球A与小球B相碰，得到两次小球落点为SKIPIF1<0、SKIPIF1<0，且知这三个落点是在以斜槽末端为圆心的SKIPIF1<0圆弧上。测量轨道末端和SKIPIF1<0、SKIPIF1<0、SKIPIF1<0三点的连线与水平方向的夹角分别为SKIPIF1<0、SKIPIF1<0、SKIPIF1<0，测得小球A、B的质量分别为SKIPIF1<0、SKIPIF1<0，则验证两球碰撞过程中动量守恒的表达式为___________（用所测物理量的符号表示）。【答案】SKIPIF1<0【解析】设以斜槽末端为圆心的SKIPIF1<0圆弧半径为R，小球做平抛运动的初速度为v，由平抛运动知识有SKIPIF1<0消去时间整理得速度为SKIPIF1<0两球碰撞，由动量守恒需要验证的表达式为SKIPIF1<0将小球3个落点的速度代入上式即SKIPIF1<0整理得SKIPIF1<06．（2022·湖北·高三开学考试）某同学利用打点计时器和气垫导轨做“验证动量守恒定律”的实验，气垫导轨装置如图甲所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成。在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔，向导轨空腔内不断通入压缩空气，压缩空气会从小孔中喷出，使滑块稳定地漂浮在导轨上，如图乙所示，这样就大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差。（1）下面是实验的主要步骤：①安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨________；②向气垫导轨通入压缩空气；③把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧，将纸带穿过打点计时器和弹射架并固定在滑块1的左端，调节打点计时器的高度，直至滑块拖着纸带移动时，纸带始终在水平方向；④使滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；⑤把滑块2（所用滑块1、2如图丙所示）放在气垫导轨的中间；⑥先接通打点计时器的电源，然后_____________________，让滑块带动纸带一起运动；⑦取下纸带，重复步骤④⑤⑥，选出较理想的纸带如图丁所示；⑧测得滑块1（包括撞针）的质量为420g，滑块2（包括橡皮泥）的质量为275g；请完善实验步骤①⑥的内容。（2）已知打点计时器每隔0.02s打一个点，计算可知，两滑块相互接通作用前的动量之和为______SKIPIF1<0；两滑块相互作用以后的动量之和为________SKIPIF1<0。（保留三位有效数字）（3）本实验两滑块相互作用过程，系统总动能损失_________（填“最大”、“最小”）。【答案】

水平

释放滑块

0.840

0.834

最大【解析】（1）为保证滑块做匀速直线运动，气垫导轨应水平放置；在弹射释放滑块之前应提前接通打点计时器，保证纸带能够记录足够多的数据点。（2）相互作用前滑块1的速度大小为SKIPIF1<0相互作用之前的动量之和为SKIPIF1<0相互作用后两滑块的共同速度大小为SKIPIF1<0相互作用之后的动量之和为SKIPIF1<0（3）两滑块相互作用获得共同的速度，属于完全非弹性碰撞，系统总动能损失最大7．（2022·四川·遂宁中学高一期末）小刘同学利用气垫导轨验证动量守恒定律，实验装置如图1所示。（1）将滑块b放置在气垫导轨上，打开气泵，待气流稳定后，调节气垫导轨，直至观察到滑块b能在短时间内保持静止，说明气垫导轨已调至___________；（2）用天平测得滑块a、b质量分别为SKIPIF1<0；（3）在滑块上安装配套的粘扣，并按图示方式放置两滑块。使滑块a获得向右的速度，滑块a通过光电门1后与静止的滑块b碰撞弹粘在一起，并一起通过光电门2遮光条通过光电门1、2的时间分别为SKIPIF1<0，则上述物理量间如果满足关系式___________，则证明碰撞过程中两滑块的总动量守恒。（4）本实验___________（“需要”或“不需要”）测量遮光条的宽度。【答案】

水平

SKIPIF1<0

不需要【解析】（1）将滑块b放置在气垫导轨上，打开气泵，待气流稳定后，调节气垫导轨，直至观察到滑块b能在短时间内保持静止，说明气垫导轨已调至水平；（3）根据动量守恒定律可以知道SKIPIF1<0根据速度公式可以知道SKIPIF1<0，SKIPIF1<0代入上式可得应满足的公式为SKIPIF1<0（4）由以上分析的结果SKIPIF1<0可知本实验不需要测量遮光条的宽度。8．（2022·山西太原·三模）某同学用如图的装置进行探究，初始弹簧处于压缩且锁定状态，解锁后，滑块A离开弹簧向右滑动，通过光电门1后与滑块B碰撞。已知两遮光片相同，测得滑块A第一次通过光电门1的时间为SKIPIF1<0，第二次通过光电门1的时间为SKIPIF1<0，滑块B通过光电门2的时间为SKIPIF1<0。完成下列填空：（1）为测量弹簧压缩时具有的弹性势能，除A的质量外，还须测量的物理量是___________。（2）若A、B碰撞过程中动量守恒，则两滑块的质量比SKIPIF1<0___________（用物理量的符号表示）。（3）若A、B的碰撞为弹性碰撞，则SKIPIF1<0应满足的关系是___________（用物理量的符号表示）。【答案】

遮光片的宽度##通过光电门1时的速度

SKIPIF1<0

SKIPIF1<0【解析】（1）根据机械能守恒定律可知，弹簧的弹性势能全部转化为滑块SKIPIF1<0的动能，根据动能表达式SKIPIF1<0可知除A的质量外，还须测量的物理量是通过光电门1时的速度，由于通过光电门的时间极短，可以用通过光电门的平均速度代替瞬时速度，即SKIPIF1<0即测量遮光片的宽度；（2）滑块SKIPIF1<0第一次通过光电门1的速度SKIPIF1<0滑块SKIPIF1<0第二次通过光电门1的速度SKIPIF1<0滑块SKIPIF1<0通过光电门2的的速度SKIPIF1<0根据动量守恒定律SKIPIF1<0联立可得SKIPIF1<0（3）若A、B的碰撞为弹性碰撞，还应满足SKIPIF1<0整理可得SKIPIF1<09．（2022·全国·高三专题练习）某物理兴趣小组设计了如图甲所示的实验装置。在足够大的水平平台上的A点放置一个光电门，其右侧摩擦很小，可忽略不计，左侧为粗糙水平面。当地重力加速度大小为g。采用的实验步骤如下：A．在小滑块a上固定一个宽度为d的窄挡光片；B．用天平分别测出小滑块a（含挡光片）和小球b的质量ma、mb；C．在a和b间用细线连接，中间夹一被压缩了的轻短弹簧（与a、b不连接），静止放置在平台上；D．细线烧断后，a、b瞬间被弹开，向相反方向运动；E．记录滑块a通过光电门时挡光片的遮光时间t；F．小球b从平台边缘飞出后，落在水平地面的B点，用刻度尺测出平台距水平地面的高度h及平台边缘铅垂线与B点之间的水平距离s；G．改变弹簧压缩量，进行多次测量。（1）用游标卡尺测量挡光片的宽度，如图乙所示，则挡光片的宽度为______mm。（2）针对该实验装置和实验结果，同学们做了充分的讨论。讨论结果如下：①该实验要验证“动量守恒定律”，则只需验证a、b两物体弹开后的动量大小相等，即______＝______（用上述实验所涉及物理量的字母表示）；②若该实验的目的是求弹簧的最大弹性势能，则弹簧的的弹性势能为______（用上述实验所涉及物理量的字母表示）；③改变弹簧压缩量，多次测量后，该实验小组得到xa与SKIPIF1<0的关系图象如图所示，图线的斜率为k，则平台上A点左侧与滑块a之间的动摩擦因数大小为______（用上述实验数据字母表示）。【答案】

3.80

maSKIPIF1<0

mbsSKIPIF1<0

SKIPIF1<0

μ＝SKIPIF1<0【解析】（1）挡光片的宽度SKIPIF1<0（2）应该验证SKIPIF1<0而a球通过光电门可求SKIPIF1<0而b球离开平台后做平抛运动，根据SKIPIF1<0SKIPIF1<0整理可得SKIPIF1<0因此动量守恒定律的表达式为SKIPIF1<0弹性势能大小为SKIPIF1<0代入数据整理得SKIPIF1<0根据动能定理可得SKIPIF1<0而SKIPIF1<0联立整理得SKIPIF1<0由题可得SKIPIF1<0可得动摩擦因数SKIPIF1<010．（2022·广东·模拟预测）某物理兴趣小组利用如图所示的装置“探究动量守恒定律”，AB是倾角大小可以调节的长木板，BC是气垫导轨（气垫导轨可看成光滑轨道），忽略小球通过B点时的速度变化，光电门1与光电门2固定在气垫导轨BC上。（1）将质量为m、直径为d1的小球a从长木板上的位置O1由静止释放，小球a通过光电门1、2的挡光时间分别为Δt1与Δt2，当_________时，表明气垫导轨已调至水平位置。（2）将质量为3m、直径为d2的小球b静置于气垫导轨上的位置O2，使小球a从长木板上的位置O1由静止释放，小球a先后通过光电门的挡光时间分别为Δt3与Δt4，小球b通过光电门的挡光时间为Δt5。①若小球a、b碰撞过程动量守恒，则必须满足的关系式为_________；②若小球a、b发生的是弹性碰撞，则SKIPIF1<0________；（3）若小球a、b发生的是弹性碰撞，该小组成员设想，如果保持小球a的直径d1不变，逐渐增大小球a的质量，则碰撞之前小球a的挡光时间Δt6与碰撞之后小球b的挡光时间Δt7的比值SKIPIF1<0逐渐趋近于__________；（4）关于本实验的误差，该小组成员有不同的观点，其中正确的是_______。A．保持长木板倾角一定，将小球a的释放点适当上移，可减小误差B．保持小球a的释放点不变，将长木板的倾角适当增大，可减小误差C．同等实验条件下，将倾斜长木板换为更光滑的玻璃板，可减小误差D．以上说法都不正确【答案】

SKIPIF1<0

SKIPIF1<0

SKIPIF1<0

SKIPIF1<0

D【解析】（1）若气垫导轨调至水平位置，则小球a在气垫导轨上将做匀速直线运动，通过光电门1、2的时间相等，即SKIPIF1<0（2）两小球碰撞前后动量守恒，因为小球a的质量较小，所以碰撞后小球a被反弹，则碰撞过程动量守恒满足的关系式为SKIPIF1<0化简得SKIPIF1<0若小球a、b发生的是弹性碰撞，则碰撞过程中动量守恒、能量守恒，有SKIPIF1<0SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0（3）设小球a的质量为M，若小球a、b发生的是弹性碰撞，则碰撞过程中动量守恒、能量守恒，有SKIPIF1<0SKIPIF1<0整理得SKIPIF1<0当SKIPIF1<0时，SKIPIF1<0趋近于SKIPIF1<0；（4）因为认为气垫导轨是光滑的，所以小球在气垫导轨上做匀速直线运动，将小球a的释放点上移、增大长木板的倾角或将倾斜长木板换成更光滑的玻璃板，小球仍然在气垫导轨上做匀速直线运动，不会起到减小误差的作用，ABC错误，D正确。故选D。11．（2022·浙江·高考真题）“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/kgB的质量/kg碰撞前A的速度大小/（SKIPIF1<0）碰撞后A的速度大小/（SKIPIF1<0）碰撞后B的速度大小/（SKIPIF1<0）0.2000.3001.0100.2000.800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）【答案】

C

SKIPIF1<0【解析】①碰撞前将滑轨调成水平，保证碰撞前后A、B做匀速直线运动即可，没有必要测量滑轨的长度和小车的长度、高度。故选C。②由表中数据可知小车A的质量小于B的质量，则碰后小车A反向运动，设碰前小车A的运动方向为正方向，则可知碰后系统的总动量大小为SKIPIF1<0解得SKIPIF1<012．（2022·全国·高考真题）利用图示的实验装置对碰撞过程进行研究。让质量为SKIPIF1<0的滑块A与质量为SKIPIF1<0的静止滑块B在水平气垫导轨上发生碰撞，碰撞时间极短，比较碰撞后A和B的速度大小SKIPIF1<0