2026版高考物理基础练习-实验8验证动量守恒定律.docxVIP

微练25实验8:验证动量守恒定律

1.(2024·新课标卷)某同学用如图所示的装置验证动量守恒定律。将斜槽轨道固定在水平桌面上，轨道末段水平，右侧端点在水平木板上的垂直投影为O，木板上叠放着白纸和复写纸。实验时先将小球a从斜槽轨道上Q处由静止释放，a从轨道右端水平飞出后落在木板上；重复多次，测出落点的平均位置P与O点的距离xP，将与a半径相等的小球b置于轨道右侧端点，再将小球a从Q处由静止释放，两球碰撞后均落在木板上；重复多次，分别测出a、b两球落点的平均位置M、N与O点的距离xM、xN。

完成下列填空:

(1)a、b两球的质量分别为ma、mb，实验中须满足条件ma(填“”或“”)mb。?

(2)如果测得的xP、xM、xN、ma和mb在实验误差范围内满足关系式maxP=maxM+mbxN，则验证了两小球在碰撞中满足动量守恒定律。实验中，用小球落点与O点的距离来代替小球水平飞出时的速度，依据是小球离开斜槽末端后做平抛运动，竖直方向高度相同故下落时间相同，水平方向做匀速直线运动，小球水平飞出时的速度与平抛运动的水平位移成正比。?

解析(1)为了保证小球碰撞为对心正碰，且碰后不反弹，要求mamb。

(2)两球离开斜槽后做平抛运动，由于抛出点的高度相等，它们做平抛运动的时间t相等，碰撞前a球的速度大小v0=xPt，碰撞后a的速度大小va=xMt，碰撞后b球的速度大小vb=xNt，如果碰撞过程系统动量守恒，则碰撞前后系统动量相等，则mav0=mava+mbvb，整理得maxP=maxM+mbxN。小球离开斜槽末端后做平抛运动，竖直方向高度相同

2.如图利用冲击摆装置可测量弹簧的弹性势能，扳动弹簧枪的扳机释放弹簧，弹簧的弹性势能转化为弹丸的动能，弹丸离开枪口，击中摆块并陷入其中，打击时间极短，摆块推动指针摆动，重力加速度为g，不计空气阻力。实验步骤如下:

(1)测出弹丸的质量m和摆块的质量M。

(2)调节摆块静止时高度与枪口保持水平，测出悬点到摆块中心的距离为l。

(3)发射弹丸，击中摆块，弹丸与摆块摆动推动指针到最高点，指针显示摆角为θ。

解决下列问题(结果用题目所给物理量及测量数据的符号表示):

①弹丸击中摆块后两者的速度为?2gl(1-cosθ)，击中摆块前弹丸速度为?m+Mm2gl(1-cosθ)

②若不计枪筒摩擦力，可测得弹簧枪内弹簧发射弹丸前的弹性势能为?(m+M)2gl(1-cosθ)m

解析①击中摆块并陷入其中，由于打击时间极短，该过程满足动量守恒定律，则mv0=(m+M)v，击中摆块后，弹丸与摆块摆动并推动指针到最高点过程，有12(m+M)v2=(m+M)gl(1-cosθ)，联立解得v=2gl(1-cosθ)，v0=m+M

②发射弹丸过程，弹簧的弹性势能转化为弹丸的动能，即Ep=12mv02

3.某实验小组的同学受到冬奥会冰球比赛的启发，利用如图所示的实验装置验证动量守恒定律。主要步骤如下:

①粗糙程度均匀的长木板固定在水平地面上，长木板左端固定一挡板，挡板上安装一轻弹簧。取两个材质相同、质量不同的滑块A、B，先在长木板上放上滑块A，向左推滑块A将弹簧压缩到P点，然后由静止释放。标记出滑块A停止运动的位置，在滑块运动路径上的适当位置标记一定点O，测出滑块A停止位置距O点的距离。重复多次，每次都把弹簧压缩到P点释放，测量并计算出滑块A停止位置距O点的距离的平均值x，如图甲所示；

②将滑块B置于长木板上的O点，让滑块A仍从P点由静止释放，与滑块B发生正碰，碰撞时间极短，且滑块A反向弹回(未与弹簧相碰)。测出滑块A静止时与O点的距离和滑块B静止时与O点的距离，重复多次，分别测量并计算滑块A、B停止位置距O点距离的平均值x1、x2，如图乙所示。

(1)为探究碰撞中动量是否守恒，还需要测量滑块A的质量mA、滑块B的质量mB。(填所需测量的物理量及其表示字母)?

(2)若碰撞中动量守恒，则表达式可表示为mAx=-mAx1+mBx2；若再满足表达式mAx=mAx1+mBx2，则碰撞过程为弹性碰撞。(用测量的字母表示

(3)关于本次实验，若垫起木板一端使木板倾斜放置，则不能(填“能”或“不能”)验证碰撞过程中系统的动量守恒。?

解析(1)由于滑块A、B材质相同，则滑块A、B与长木板的动摩擦因数相同，则滑块A、B做匀减速直线运动的加速度均为a=μg，设碰撞前滑块A经过O点的速度为v，则有v2=2μgx，设碰撞后滑块A、小滑块B经过O点的速度大小分别为v1、v2，则有v12=2μgx1，v22=2μgx2，由于碰撞时间极短，则若碰撞中动量守恒有mAv=-mAv1+mBv2，即化简得mAx=-mAx1+mBx2，则还需要测量滑块A的质量mA

(2)由上可知，由于碰撞时间极短，则若碰撞