第一章　4　实验：验证动量守恒定律-2025版高二物理选择性必修一

4实验：验证动量守恒定律(分值：60分)1题3分，2题9分，3题15分，4题12分，5题5分，6题16分，共60分1．(3分)用气垫导轨进行实验时，经常需要使导轨保持水平，检验气垫导轨是否水平的方法之一是：轻推一下滑块，使其先后滑过光电门1和光电门2，如图所示，其上的遮光条将光遮住，数字计时器可自动记录滑块先后经过光电门1、2时的遮光时间Δt1和Δt2，比较Δt1和Δt2即可判断导轨是否水平，为使这种检验更精准，正确的措施是()A．换用质量更大的滑块B．换用宽度Δx更大的遮光条C．提高测量遮光条宽度Δx的精确度D．尽可能增大光电门1、2之间的距离L2．(9分)(2023·临沂市第一中学高二期末)为验证动量守恒定律，课外兴趣小组设计了如图所示的实验装置，气垫导轨已经调成水平，两个滑块A、B分别静置在气垫导轨上，在滑块A的右侧以及滑块B的左侧都安装了弹簧片，在滑块A、B的上方安装了宽度相同的遮光片。C、D为固定在气垫导轨上的光电门传感器，与它们相连的计算机可以记录遮光片经过光电门的遮光时间。某同学进行的实验步骤如下：①测量滑块A、B的质量(含弹簧片及遮光片)，分别记为mA、mB；②测量滑块A、B上遮光片的宽度，记为d；③给滑块A一个向右的瞬时冲量，观察滑块A的运动情况及A、B两滑块在相碰后各自的运动情况；④读取滑块A第一次经过光电门C的时间为t1、滑块B经过光电门D的时间为t2，滑块A第二次经过光电门C的时间为t3。回答下列问题：(1)(3分)为保证本实验成功，滑块A的质量应________(填“大于”“等于”或“小于”)滑块B的质量；(2)(3分)碰撞后滑块A的速度大小为________；(用题中涉及的物理量符号表示)(3)(3分)若关系式__________________________________成立，则碰撞过程中，滑块A、B组成的系统动量守恒。(用题中涉及的物理量符号表示)3．(15分)(2023·盐城市亭湖中学高二期中)在验证动量守恒定律的实验研究过程中：小明用“碰撞实验器”验证动量守恒定律，实验装置如图甲所示，研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。O是小球抛出时球心在地面上的垂直投影点，实验时，小明先让入射小球m1多次从斜轨上S位置由静止释放，找到其落地点的平均位置P，测量平抛的水平位移OP。然后把被碰小球m2静置于水平轨道的末端，再将入射小球m1从斜轨上S位置由静止释放，与小球m2相撞，多次重复实验，找到两小球落地的平均位置M、N。(1)(3分)图乙是小球m2的多次落点痕迹，由此可确定其落点的平均位置对应的读数为________cm。(2)(3分)下列器材选取或实验操作符合实验要求的是________。A．选用两球的质量应满足m1>m2B．可选用半径不同的两小球C．小球m1每次必须从斜轨同一位置释放D．需用秒表测量小球在空中飞行的时间(3)(3分)在某次实验中，测量出两小球的质量分别为m1、m2，三个落点的平均位置与O点的距离分别为OM、OP、ON。在实验误差允许范围内，若满足关系式________________________，即验证了碰撞前后两小球组成的系统动量守恒。(用测量的物理量表示)(4)(6分)小华在验证动量守恒定律时，利用在斜面上的两小车a、b碰撞过程来完成：如图丙所示，小车a的前端粘有质量不计的橡皮泥，在小车a后连着纸带，纸带通过电磁打点计时器，长木板下垫着小木块，开始时未放小车b，移动长木板下的小木块，轻推小车a，直到纸带上打下的点迹__________(填“均匀”或“不均匀”)。然后在小车a的前方放置一个与a材料相同的静止小车b，推动小车a使之运动，之后与小车b相碰并粘合成一体，若测得实验中某条打点的纸带如图丁所示，O为运动的起点，x1、x2、x3、x4分别为OA、AB、BC、CD的长度，设a的质量为ma、b的质量为mb，要验证碰撞过程中动量守恒，则要验证的关系为__________________________(用ma、mb、x1、x2、x3、x4中合适的量来表示)。4．(12分)如图所示，某同学利用光电门、弹簧、滑块、小球等装置设计了一个实验，验证动量守恒定律。主要操作步骤为：①将光电门固定在光滑水平桌面上；②用天平分别测出小滑块a(含挡光片)和小球b的质量ma、mb；③在桌面右边的地面上铺白纸，白纸上面放上复写纸；④在a和b之间放一锁定压缩的轻弹簧，将系统静止放置在桌面上；⑤解除锁定，a、b瞬间被弹开，记录a通过光电门时挡光片的遮光时间t；⑥记录b落在地面上的点M，用刻度尺测出其到桌面的高度h和落地点M到桌子边缘投影点O′的水平距离s。已知挡光片宽度为d、重力加速度为g，请回答下列问题：(1)(3分)滑块a经过光电门时的瞬时速度v＝________(用题干中字母表示)；(2)(3分)小球做平抛运动的初速度v0＝________；(用题干中字母表示)；(3)(3分)若a、b在解除锁定过程中动量守恒，需满足的关系式是____________(用题干中字母表示)；(4)(3分)写出一条减小实验误差的方法：_____________________________________________________________________________________________________________。5．(5分)某同学利用如图所示的装置进行“验证动量守恒定律”的实验，在水平槽末端与水平地面间放置了一个斜面，斜面的顶点与水平槽等高且无缝连接，已知入射小球质量为mA，被碰小球质量为mB，小球抛出点在地面上的垂直投影点为O，使入射小球从斜槽上S点由静止滚下，多次实验，得到两球落在斜面上的平均落点M′、P′、N′。用刻度尺测量斜面顶点到M′、P′、N′三点的距离分别为l1、l2、l3。则验证两球碰撞过程中动量守恒的表达式为__________________________(用所测物理量的字母表示)。6．(16分)(2023·重庆市渝中区巴蜀中学高二期中)在“验证动量守恒定律”的实验中，某同学用如图甲所示的装置进行了如下的操作：①先调整斜槽轨道，使其末端的切线水平，在一块平整木板表面先后钉上白纸和复写纸，并将该木板竖直立于靠近槽口处，使小球a从斜槽轨道上某固定点处由静止释放，撞到木板并在白纸上留下痕迹O；②将木板向右平移适当的距离，再使小球a从原固定点由静止释放，撞在木板上并在白纸上留下痕迹B；③把半径相同的小球b静止放在斜槽轨道水平段的最右端，让小球a仍从原固定点由静止释放，和小球b相碰后，两球撞在木板上并在白纸上留下痕迹A和C；④用刻度尺测量白纸上O点到A、B、C三点的距离分别为y1、y2和y3。(1)(4分)上述实验除需测量白纸上O点到A、B、C三点的距离外，还需要测量的物理量有________。A．木板向右移动的距离LB．小球a和小球b的质量ma、mbC．A、B两点间的高度差ΔhD．小球a和小球b的半径r(2)(4分)两小球的质量关系：ma________mb(填“＞”“＜”或“＝”)。(3)(4分)用本实验中所测得的量来验证两小球碰撞过程动量守恒，其表达式为__________。(4)(4分)完成上述实验后，某实验小组对上述装置进行了改造，如图乙所示，图中圆弧为圆心在斜槽末端的eq\f(1,4)圆