2025年物理新高考备考2025年（版）物理《三维设计》一轮总复习（提升版）实验八　验证动量守恒定律

实验八验证动量守恒定律考情调研命题特征本实验教材中出现的多种验证方案对于培养学生的科学探究素养有较大的帮助。

复习中既要领悟教材中提到的实验，又要积极变通，真正追寻守恒思想。2022年浙江和天津都对本实验进行了考查，2023年辽宁卷利用硬币对心碰撞考查了动量守恒定律的验证。预计在2025年的高考中，验证动量守恒定律实验作为力学实验出现的几率很大1.考装置：器材装配以及其他器材替代。2.考测速度：通过不同方法直接或间接测量速度。3.考变化：实验装置和实验原理创新如图所示，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。（1）质量分别为mA和mB的两小球A、B发生正碰，若碰撞前瞬间小球

A的速度为v1，小球B静止，碰撞后小球A、B的速度分别为v1'和

v2'，根据动量守恒定律，应有

⁠。【实验步骤】mAv1＝mAv1'＋mBv2'

【实验原理】解析：碰撞前后两小球的总动量相等，所以有mAv1＝mAv1'

＋mBv2'。（2）按照如图所示的实验装置安装器材。（3）先使小球A多次从斜轨上的位置P由静止释放，找到其落地点的

平均位置E。（4）把半径

（选填“比小球A大”“与小球A相

同”或“比小球A小”）的小球B静置于水平轨道的末端，再将

小球A从斜轨上的位置P由静止释放，与小球B相碰后两球均落

在水平地面的记录纸上。与小球A相同解析：为使两球发生对心正碰，小球B的半径应与小球A相同。（5）多次重复上述小球A与小球B相碰的过程，分别找到碰后小球A

和小球B落点的平均位置D和F。（6）接下来还需要完成的实验步骤是

（填选项前的字母）。A.测出小球A的质量为mA，小球B的质量为mBB.测出P位置与桌面间的距离hC.测出抛出点距地面的高度HD.测量出水平射程OD、OE、OFAD

解析：A、B两小球在空中运动的时间相同，所以可以通过测量小球做平抛运动的水平射程来代替小球碰撞前后的速度，所以要测量出水平射程OD、OE、OF，无需测量P位置与桌面间的距离和抛出点距地面的高度，又根据动量守恒定律，还应测出A、B两球的质量，故A、D正确，B、C错误。（7）本实验必须满足的条件是

（填选项前的字母）。A.两小球的质量必须相等B.轨道末端必须水平C.小球A每次必须从轨道的同一位置由静止释放BC

【注意事项】解析：为防止碰后小球A反弹或静止，应使小球A的质量大于小球

B的质量，A错误；为保证小球做平抛运动，轨道末端必须水

平，B正确；为保证小球A到轨道末端时的速度相等，小球A每

次必须从轨道的同一位置由静止释放，C正确。【数据处理】（8）当满足表达式

时，即说明两球碰

撞过程中动量守恒；如果再满足表达式

⁠

，则说明两球的碰撞为弹性碰撞。（用测得的物理

量表示）mAOE＝mAOD＋mBOF

mAOE2＝mAOD2＋

mBOF2

14

2.9

1.01

方案一

用气垫导轨完成两个滑块的一维碰撞实验装置如图所示。

方案二

利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验（如图所示）测速度的方法：可以测量小球被拉起的角度，从而算出碰撞前对

应小球的速度，测量碰撞后小球摆起的角度，算出碰撞后对应小

球的速度。方案三

利用打点计时器记录在光滑长木板上两小车碰撞完成一维碰

撞实验（如图所示）

方案四

利用斜槽上滚下的小球验证碰撞中动量守恒（如图所示）测速度的方法：将难以测量的速度变成容易测量的位移，测量线段

OP、OM、ON的长度，验证m1·OP＝m1·OM＋m2·ON是否成立。

（2024·河南开封调研）某同学设计了一个用打点计时器验证动量

守恒定律的实验。在小车A的前端粘有橡皮泥，推动小车A使之做匀速

运动，然后与原来静止在正前方的小车B相碰并粘在一起，继续做匀

速运动，装置如图甲所示，在小车A的后面连着纸带，打点计时器所

接电源频率为50Hz，长木板下垫着小木块以平衡摩擦力。

（1）若打出的纸带如图乙所示，并测得相邻两计数点的间距（已标

在图上），A点为运动的起点，则应选

段来计算小车A碰

撞前的速度，应选

段来计算小车A和B碰后的共同速度。

（以上两空选填“AB”“BC”“CD”或“DE”）解析：根据题述推动小车A使之做匀速运动，然后与原来静止在正前方的小车B相碰并粘在一起，继续做匀速运动，可知

碰撞后整体运动的速度一定小于碰撞前小车A运动的速度，所以应选BC段来计算小车A碰撞前的速度，应选DE段来计算小车A和B碰后的共同速度。BC

DE

（2）已测得小车A（包括橡皮泥）的质量m1＝0.4kg，小车B的质量

m2＝0.2kg，则碰前两小车的总动量大小为

kg·m·s－1，

碰后两小车的总动量大小为

kg·m·s－1。（计算结果均

保留3位有效数字）0.420

0.417

【典例1】

（2023·辽宁高考11题）某同学为了验证对心碰撞过程中

的动量守恒定律，设计了如下实验。用纸板搭建如图所示的滑道，使

硬币可以平滑地从斜面滑到水平面上，其中OA为水平段。选择相同

材质的一元硬币和一角硬币进行实验。测量硬币的质量，得到一元和一角硬币的质量分别为m1和m2（m1＞

m2）。将硬币甲放置在斜面上某一位置，标记此位置为B。由静止释

放甲，当甲停在水平面上某处时，测量甲从O点到停止处的滑行距离

OP。将硬币乙放置在O处，左侧与O点重合，将甲放置于B点由静止

释放。当两枚硬币发生碰撞后，分别测量甲、乙从O点到停止处的滑

行距离OM和ON。保持释放位置不变，重复实验若干次，得到OP、

OM、ON的平均值分别为s0、s1、s2。（1）在本实验中，甲选用的是

（选填“一元”或“一角”）

硬币；（2）碰撞前，甲到O点时速度的大小可表示为

（设硬币与纸板间

的动摩擦因数为μ，重力加速度为g）；

（4）由于存在某种系统或偶然误差，计算得到碰撞前后甲动量变化

量大小与乙动量变化量大小的比值不是1，写出一条产生这种误

差可能的原因：

。三步稳解题（1）分析实验目的：验证对心碰撞过程中的动量守恒定律。（2）确定实验原理：碰撞后瞬间甲和乙的合动量如果与碰撞前瞬间

甲的动量相等，则甲、乙碰撞过程中动量是守恒的。（3）制定数据处理方案：本实验没有直接测量碰撞前后硬币的速

度，而是测量出了硬币的滑动距离，通过动能定理表示出速

度，验证是否满足m1v0＝m1v1＋m2v2。

解析：（1）要使两硬币碰后都向右运动，硬币甲的质量应大于

硬币乙的质量，由于一元硬币的质量大于一角硬币的质量，所

以甲选用的是一元硬币。

（4）碰撞前后甲动量变化量大小与乙动量变化量大小的比值不

是1的原因：①可能两个硬币厚度不同，两硬币重心连线与水平

面不平行；②两硬币碰撞内力不远大于外力，动量只是近似守

恒，即如果摩擦力非常大，动量只是近似守恒。【典例2】为了验证动量守恒定律，某同学选取了两个材质相同、

体积不等的立方体滑块A和B，按下述步骤进行实验：步骤1：在A、B的相撞面分别装上尼龙拉扣，以便二者相撞以后能够

立刻结为整体。步骤2：安装好实验装置如图甲，铝质轨道槽的左端是倾斜槽，右端

是长直水平槽，倾斜槽和水平槽由一小段弧连接，轨道槽被固定在水

平桌面上，在轨道槽的侧面与轨道等高且适当远处装一台数码频闪照

相机。步骤3：让B静止于水平槽的某处，A从斜槽某处由静止释放，同时开

始频闪拍摄，直到A、B停止运动，得到一幅多次曝光的数码照片。步骤4：多次重复步骤3，得到多幅照片，挑出其中最理想的一幅，打

印出来，将刻度尺紧靠照片放置，如图乙所示。（1）由图乙分析可知，A与B碰撞发生的位置在

（填选项前数

字）。①P5、P6之间②P6处③P6、P7之间（2）为了探究碰撞中动量是否守恒，需要直接测量或读取的物理量

是

（填选项前数字）。①A、B的质量m1和m2②A释放时距桌面的高度③频闪照相的周期④照片尺寸和实际尺寸的比例⑤照片上测得的s45、s56和s67、s78⑥照片上测得的s34、s45、s56和s67、s78、s89⑦滑块与桌面间的动摩擦因数写出验证动量守恒的表达式

。（3）请你写出一条有利于提高实验准确度或改进实验原理的建

议：

。三步稳解题（1）分析实验目的：验证动量守恒定律。（2）确定实验原理：碰撞后瞬间A、B一起运动的动量如果与碰撞前

瞬间A的动量大小相等，则A、B碰撞过程中动量是守恒的。（3）制定数据处理方案：用天平测定A、B的质量m1、m2，利用

处理纸带的方法求出碰撞前瞬间A的速度v6和碰撞后瞬间A、

B一起运动的速度v6'，如果满足m1v6＝（m1＋m2）v6'，则系

统动量守恒。答案：（1）②（2）①⑥

m1（2s56＋s45－s34）＝（m1＋m2）（2s67＋

s78－s89）（3）见解析（任意一条即可）

解析：（1）由题图乙可知碰撞位置发生在P5、P6之间或P6处，

又由于P6位置之前滑块是匀减速运动之后滑块速度明显减小，

故A、B相撞的位置在P6处，故②正确。

（3）提高实验准确度或改进实验原理的建议有①使用更平

整的轨道槽，防止各段摩擦力不同，滑块做非匀变速运动。②

在足够成像的前提下，缩短频闪照相每次曝光的时间，碰撞时

间很短，缩短频闪照相每次曝光的时间，使滑块碰撞位置拍摄

更清晰、准确。③适当增大相机和轨道槽的距离，相机和轨道

槽的距离较小时，由于镜头拍摄引起的距离误差增大，应适当

增大相机和轨道槽的距离。④将轨道的一端垫起少许，平衡摩

擦力，使得滑块碰撞前后都做匀速运动。某同学设计了一个如图所示的实验装置验证动量守恒定律。小球A底部竖直地粘住一片宽度为d的遮光条，用悬线悬挂在O点，光电门固定在O点正下方铁架台的托杆上，小球B放在竖直支撑杆上，杆下方悬挂一重锤，小球A（包含遮光条）和B的质量用天平测出分别为mA、mB，拉起小球A一定角度后释放，两小球碰撞前瞬间，遮光条刚好通过光电门，碰后小球B做平抛运动而落地，小球A反弹右摆一定角度，计时器的两次示数分别为t1、t2，测量O点到球心的距离为L，小球B离地面的高度为h，小球B平抛的水平位移为x。（1）关于实验过程中的注意事项，下列说法正确的是

（填选项

前字母）。A.要使小球A和小球B发生对心碰撞B.小球A的质量要大于小球B的质量C.应使小球A由静止释放A

解析：两个小球必须发生对心碰撞，故选项A正确；碰撞后入射球A反弹，则要求入射球A的质量小于被碰球B的质量，故选项B错误；由于碰撞前后小球A的速度由光电门测出，故小球A释放不一定从静止开始，故选项C错误。（2）某次测量实验中，该同学测量数据如下：d＝0.5cm，L＝0.5

m，h＝0.45m，x＝0.30m，t1＝0.0025s，t2＝0.0050s。重力加

速度g取10m/s2，若小球A（包含遮光条）与小球B的质量之比为

mA∶mB＝

，则动量守恒定律得到验证，根据数据可以得知

小球A和小球B发生的碰撞是

（选填“弹性”或“非弹

性”）碰撞。

弹性

跟踪训练·巩固提升1.如图，把两个大小相同、质量不等的金属球a、b用细线连接（图中

未画出），中间夹一被压缩了的轻弹簧（弹簧原长小于桌面宽

度），置于水平桌面上，两球到桌边距离相等。烧断细线，观察两

球的运动情况，进行必要的测量，验证两球相互作用过程中动量是

否守恒。123456（1）本实验必须测量的物理量是

（填选项前字母）。A.桌面到水平地面的高度HB.球a、b的质量ma、mbC.球a、b的半径rD.球a、b离开桌面后在空中飞行的时间tE.记录纸上O1点到球a落地点A的距离O1A，O2点到球b落地点

B的距离O2BBE

123456解析：以向右为正方向，由动量守恒定律有mbvb－mava

＝0，球离开桌面后做平抛运动，由于两球的半径相等、抛出

点高度相同，故两球在空中做平抛运动的时间t相等，则有

mbvbt－mavat＝0，即mb·O2B－ma·O1A＝0，实验需要验证的表

达式为ma·O1A＝mb·O2B，故实验需要测量两球的质量与两球

做平抛运动的水平位移，故选B、E。123456（2）用测得的物理量验证动量守恒的关系式是

⁠

⁠。解析：由（1）可知，实验需要验证的关系式为ma·O1A

＝mb·O2B。ma·O1A＝

mb·O2B

1234562.利用气垫导轨通过闪光照相做“验证动量守恒定律”这一实验。（1）实验要求研究两滑块碰撞时动能损失很小和很大等各种情

况，若要求碰撞时动能损失最大应选甲、乙两图中的

⁠

（选填“甲”或“乙”），若要求碰撞动能损失最小则应选

甲、乙两图中的

（选填“甲”或“乙”）。（图甲两

滑块分别装有弹性圈，图乙两滑块分别装有撞针和橡皮泥）乙甲123456解析：若要求碰撞时动能损失最大，则需两滑块碰撞后结合在一起，故应选图乙；若要求碰撞时动能损失最小，则应使两滑块发生弹性碰撞，即选图甲。123456（2）某次实验时碰撞前B滑块静止，A滑块匀速向B滑块运动并发

生碰撞，利用闪光照相的方法连续4次拍摄得到的闪光照片如

图丙所示。已知相邻两次闪光的时间间隔为T，在这4次闪光

的过程中，A、B两滑块均在0～80cm范围内，且第1次闪光

时，A滑块恰好位于x＝10cm处。若A、B两滑块的碰撞时间及

闪光持续的时间极短，均可忽略不计，则可知碰撞发生在第1

次闪光后的

时刻，A、B两滑块质量比mA∶mB＝

⁠。2.5T

2∶3

123456

1234563.（2024·辽宁六校联考）如图所示的是用来验证动量守恒定律的实验装置，弹性球1用细线悬挂于O点，O点下方桌子的边沿有一竖直立柱。实验时，调节悬点，使弹性球1静止时恰与立柱上的球2接触且两球等高。将球1拉到A点，并使之静止，同时把球2放在立柱上。释放球1，当它摆到悬点正下方时与球2发生对心碰撞，碰后球1向左最远可摆到B点，球2落到水平地面上的C点。测出有关数据即可验证1、2两球碰撞时动量守恒。现已测出两弹性球1、2的质量m1、m2，A点离水平桌面的高度为a，B点离水平桌面的高度为b，C点与桌子的水平距离为c。123456（1）要完成实验，还需要测量的量是

和

⁠

⁠。

立柱的高度h

桌面的

高度H

123456

123456（2）根据测量的数据，该实验中动量守恒的表达式为

。（忽略小球的大小）

1234564.某学习小组用如图所示装置来研究碰撞中的动量守恒，其实验步骤

如下：①将斜槽固定在桌面上，调节轨道的末端水平；②在一个平木板表面上依次铺上白纸和复写纸，用图钉固定，然后

将该木板竖直贴紧槽口放置，让小球a从斜槽轨道上某一位置由静

止开始滚下，撞到木板，在白纸上留下砸痕O；③将木板向右平移适当距离，使小球a从同一位置由静止释放，撞

到木板，在白纸上留下砸痕；④把另一个半径相同、质量较小的小球b放在斜槽轨道出口处，让

小球a仍从原位置由静止开始滚下，与小球b相碰后，两球撞在木板

上，在白纸上留下两个砸痕。123456根据以上操作回答下列问题：（1）图中在木板白纸上留下的三个砸痕P、M、N中是被碰小球b撞

击留下的是

（选填“P点”“M点”或“N点”）；解析：（1）被碰小球b从槽口飞出的速度最

大，则小球b从槽口飞出到撞击木板所用时

间最短，由平抛运动规律可知，小球b竖直

方向的位移最小，所以砸痕P是被碰小球b

撞击留下的。P点123456（2）本实验除了测量三个砸痕与O的距离OP、OM、ON以外，还

需测量的物理量（并写出相应的符号）是

⁠

⁠；小球a的质量ma、

小球b的质量mb

123456

123456

1234565.冲击摆是一个用细线悬挂着的摆块，其切面图如图（a）所示，弹

丸击中摆块时陷入摆块内，使摆块摆至某一高度，利用这种装置可

以测出弹丸的发射速度。123456①用天平测出弹丸的质量m和摆块的质量M；②将实验装置水平放在桌子上，调节摆绳的长度，使弹丸恰好能射

入摆块内，并使摆块摆动平稳，同时用刻度尺测出摆长；③让摆块静止在平衡位置，扳动弹簧枪的扳机，把弹丸射入摆块

内，摆块和弹丸推动指针一起摆动，记下指针的最大偏角；④多次重复步骤③，记录指针最大偏角的平均值；⑤换不同挡位测量，并将结果填入下表。实验步骤如下：123456挡位低速挡中速挡高速挡平均最大偏角θ（角度）15.719.1弹丸质量m（kg）0.007650.007650.00765摆块质量M（kg）0.07890.07890.0789摆长l（m）0.2700.2700.270弹丸的速度v（m/s）5.036.777.15123456（1）现测得高速挡指针最大偏角如图（b）所示，请将表中数据补

充完整。答案：22.4（22.1～22.7均正确）

完成下列填空：解析：分度值为1°，由图得读数为22.4（22.1～22.7均正确）。123456（2）用上述测量的物理量符号表示发射弹丸的速度v