2021届高考物理考前模块练习——实验：验证动量守恒定律(含答案)

2021届高考物理考前模块练习——实验：验证动量守恒定律
一、单项选择（下列各题中四个选项中只有一个选项符合题意）
1．在做验证动量守恒定律实验时，入射球a 的质量为1m ，被碰球b 的质量为2m ，小球的半径为r ，各小球的落点如图所示，下列关于这个实验的说法正确的是（ ）
A ．入射球与被碰球最好采用大小相同、质量相等的小球
B ．让入射球与被碰球连续10次相碰，每次都要使入射球从斜槽上不同的位置滚下
C ．要验证的表达式是112m OP m OM m ON =+
D ．要验证的表达式是112(2)(2)m OP r m OM r m ON -=-+
2．某同学用半径相同的两个小球a 、b 来研究碰撞问题，实验装置示意图如图所示，O 点是小球水平抛出点在水平地面上的垂直投影。

实验时，先让入射小球a 多次从斜轨上的某一确定位置由静止释放，从水平轨道的右端水平抛出，经多次重复上述操作，确定出其平均落地点的位置P ；然后，把被碰小球b 置于水平轨道的末端，再将入射小球a 从斜轨上的同一位置由静止释放，使其与小球b 对心正碰，多次重复实验，确定出a 、b 相碰后它们各自的平均落地点的位置M 、N ；分别测量平抛射程OM 、ON 和OP 。

已知a 、b 两小球质量之比为6：1，在实验误差允许范围内，下列说法中正确的是（ ）
A ．a 、b 两个小球相碰后在空中运动的时间之比为OM ：ON
B ．a 、b 两个小球相碰后落地时重力的瞬时功率之比为6OM ：ON
C ．若a 、b 两个小球在碰撞前后动量守恒，则一定有6 ON =6OM +OP
D ．若a 、b 两个小球的碰撞为弹性碰撞，则一定有OP+ OM= ON
二、多项选择（下列各题中四个选项中有多个选项符合题意）
3．对于实验最终的结论m 1v 1＋m 2v 2=m 1v 1′＋m 2v 2′，下列说法正确的是（ ） A ．仅限于一维碰撞
B ．任何情况下22'2'211221122m v m v m v m v +=+也一定成立
C ．式中的v 1、v 2、v 1′、v 2′都是速度的大小
D ．式中的不变量是m 1和m 2组成的系统的质量与速度乘积之和
4．“验证动量守恒定律”的实验装置可采用图甲或图乙的方法，两个实验装置的区别在于：①悬挂重垂线的位置不同；②图甲中设计有一个支柱（通过调整，可使两球的球心在同一水平线上，上面的小球被碰撞离开后，支柱立即倒下），图乙中没有支柱，图甲中的入射小球A 和被碰小球B 做平抛运动的抛出点分别在通过O 、O ′点的竖直线上，重垂线只确定了O 点的位置。

（球A 的质量为m 1，球B 的质量为m 2）比较这两个实验装置，下列说法正确的是（ ）
A ．采用图甲的实验装置时，需要测出两小球的直径
B ．采用图乙的实验装置时，需要测出两小球的直径
C ．采用图乙的实验装置时，斜槽轨道末端的切线要求水平，而采用图甲的实验装置时则不需要
D ．为了减小误差，无论哪个图，都要求入射球每次都要从同一高度由静止滚下
三、实验探究题
5．用如图所示的装置来验证动量守恒定律，质量为m A 的钢球A 用细线悬挂于O 点，质量为m B 的钢球B 放在离地面高度为H 的小支柱N 上，O 点到A 球球心的距离为L ，使悬线伸直并与竖直方向的夹角为β，释放后A 球摆到最低点时恰与B 球发生对心碰撞，碰撞后，A 球把原来静止于竖直方向的轻质指示针OC 推到与竖直方向夹角为α处，B 球落到地面上，地面上铺有一张盖有复写纸的白纸，保持β角度不变，多次重复上述实验，白纸上记录多个B 球的落点，进而测得B 球的水平位移s ，当地的重力加速度大小为g 。

（1）A、B两个钢球的碰撞近似看成弹性碰撞，则A球质量___________B球质量（选填“大于”、“小于”或“等于”），为了对白纸上多个B球的落地点进行数据处理，进而确定落点的平均位置，需要用到的器材除刻度尺外，还需要___________。

（2）用题中所给的物理量字母表示，碰撞前瞬间A球的动量p A=___________，碰撞后瞬
间A球的动量
A '
p=___________，碰撞后瞬间B球的动量'
B
p=___________。

6．为验证碰撞中的动量是否守恒，某实验小组选取两个体积相同、质量不相等的小球，按下述步骤进行实验。

①用天平测出两小球的质量（分别为m1和m2，且m1>m2）。

②按图安装好实验装置，将斜槽PQ固定在桌边，使斜槽末端切线水平，先不放小球m2，让竖直挡板紧贴斜槽末端，再让小球m1从斜槽顶端P处由静止释放，记下小球m1在竖直挡板上的撞击位置O。

③将竖直挡板向右平移距斜槽末端一定距离，确保小球在碰撞前后均能撞击固定竖直挡板。

④先不放小球m2，让小球m1从斜槽顶端P处由静止释放，记下小球m1撞击竖直挡板的位置。

⑤将小球m2放在斜槽末端，再让小球m1从斜槽顶端P处由静止释放，与m2发生碰撞，分别记下小球m1和m2撞击竖直挡板的位置。

⑥图中A、B、C点是该实验小组记下的小球与竖直挡板撞击的位置，用毫米刻度尺量出
各个撞击点到O的距离，分别为OA、OB、OC。

根据该实验小组的测量，回答下列问题：
（1）小球m1与m2发生碰撞后，m1撞击的是图中的___________点，m2撞击的是图中的___________点（填字母A、B、C）。

（2）只要满足关系式___________则说明碰撞中的动量是守恒的（用m1、m2、OA、OB、OC表示）。

7．（1）在探究小车加速度与力关系的实验中，小刘和他的同学设计了如图甲所示的实验方案。

将一端带有定滑轮的长木板置于水平桌面上，小车前端也安装有定滑轮，细绳一端系有砂桶，另一端通过两个滑轮与一拉力传感器相连，拉力传感器固定并可显示绳中拉力F 的大小，改变桶中砂的质量进行多次实验。

完成下列问题：
①实验时，下列操作或说法正确的是________。

A.需要用天平测出砂和砂桶的总质量
B．小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录拉力传感器的示数
C．选用电磁打点计时器比选用电火花计时器实验误差小
D．为减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的总质量远小于小车的质量
②实验中得到一条纸带，相邻计数点间有四个点未标出，各计数点到A点的距离如图乙所示。

电源的频率为50Hz，则打点计时器打B点时砂桶的速度大小为_______m/s。

图像可能是
③以拉力传感器的示数F为横坐标，以加速度a为纵坐标，画出的a F
_______。

A．B．
C ．
D ．
④若作出a F 图线，求出其“斜率”为k ，则小车的质量为_________。

（2）如图甲在做“验证碰撞中动量守恒定律”的实验时，小明在地上铺一张白纸，再在白纸上覆盖一张复写纸。

先让入射球1m 多次从斜轨上的S 位置静止释放，入射球1m 落地后通过复写纸在白纸的P 位置附近留下标识为1-5号的印迹（如图乙）。

然后，把被碰小球2m 静置于轨道的水平部分，再将入射球1m 从斜轨上的S 位置由静止释放，与被碰球2m 相碰，并多次重复，分别在白纸的M 、N 位置附近留下多个印记，其中入射球1m 落地后反弹又在白纸的P 位置附近留下标识为6-10号的印迹，如图所示。

如果利用画圆法确定入射球碰撞前的落点，下列画出的四个圆最为合理的是_________。

A ．A
B ．B
C ．C
D ．D
8．小明同学在做“探究碰撞中的不变量”的实验，装置如图1所示。

（1）关于本实验，下列说法正确的是（______）
A ．入射小球和被碰小球必须选择钢球，目的是为了使两球碰撞时动能无损失
B ．入射小球和被碰小球的质量必须相等，且大小相同
C ．入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放
D ．碰撞前入射小球的速度方向、碰撞后入射小球的速度方向和碰撞后被碰小球的速度方向必须沿水平方向
（2）某次实验中得出的落点情况如图2所示，则入射小球质量1m 和被碰小球质量2m （1m >2m ）之比为______。

（3）若只用其中一个小球进行实验，则该装置也可用于探究做功与物体速度变化的关系。

实验过程中，小球从斜槽不同高度处静止释放，释放点离桌面的高度用H 表示，落地点和抛出点之间的水平位移为x 。

斜槽水平部分对小球的摩擦力不可忽略。

下列图像中，关于H 和x 的关系正确的是（______）
A ．
B ．
C ．
D ． （4）某次实验中，用螺旋测微器测定小球直径，测量结果如图所示，则小球的直径为___________mm 。

（5）该实验产生系统误差的主要原因是（______）
A ．入射小球在下滑过程中受摩擦力
B ．小球在空气中飞行时受到空气阻力
C ．通过复写纸描得的各点，不是理想的点，有一定的大小，从而带来作图上的误差
D ．测量长度时有误差
9．某实验小组组装了如图甲所示的实验装置来完成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。

然后与原来静止在前方的小车B 相碰并粘合成一体，继续做匀速运动，在小车A 后连着纸带，电磁打点计时器电源频率为50 Hz 。

（1）下列操作正确的是___________；
A．本实验无需平衡摩擦力
B．先释放拖动纸带的小车，再接通打点计时器的电源
C．先接通打点计时器的电源，再释放拖动纸带的小车
（2）若已测得打点纸带如图乙所示，并测得各计数点间距（已标在图上）。

A为运动起始的第一点，则应选___________段来计算A的碰前速度，应选___________段来计算A和B 碰后的共同速度（以上两空均选填“AB”、“BC”、“CD”或“DE”）；
（3）已测得小车A的质量m1=400 g，小车B的质量m2=500 g，由以上测量结果可得碰前总动量为___________kg·m/s，碰后总动量为___________kg·m/s。

实验结论：
___________。

（计算结果保留三位有效数字）
10．如图甲所示，用半径相同的A、B两球的碰撞可以验证“动量守恒定律”。

实验时先让质m的A球从斜槽上某一固定位置C由静止开始滚下，进入水平轨道后，从轨道末端水量为1
平抛出，落到位于水平地面的复写纸上，在下面的白纸上留下痕迹。

重复上述操作10次，
m的B球放在水平轨道末端，让A球仍从位置C由静止得到10个落点痕迹。

再把质量为2
滚下，A球和B球碰撞后，分别在白纸上留下各自的落点痕迹，重复操作10次。

如图乙所示，M、P、N为三个落点的平均位置，未放B球时，A球的落点是P点。

O点是水平轨道末端在记录纸上的竖直投影点。

（1）在这个实验中，为了减小实验误差，两球的质量应满足1m ______2m ；（填“>”、“<”或“=”）
（2）在某次实验中，测得两球的质量分别为1m 、2m ，记录的落点平均位置M 、N 与OP 在同一条直线上，测得三个落点位置与O 点的距离OM 、OP 、ON 分别为1L 、2L 、3L 。

在实验误差允许范围内，若满足关系式12=m L ______，则可以认为A 、B 两球碰撞前后在OP 方向上的总动量守恒；若碰撞是弹性碰撞，则仅需满足的关系式3=L ______。

（均用测量的量表示）
11．如图所示为实验室中验证动量守恒定律的实验装置示意图。

（1）若入射小球质量为1m ，被碰小球质量为2m ，则两小球质量关系应满足______。

A ．12m m > B ．12m m < C ．12m m =
（2）为完成此实验，以下所提供的测量工具中必需的是__________。

A ．刻度尺
B ．秒表
C ．天平
D ．弹簧测力计
（3）设入射小球的质量为1m ，被碰小球的质量为2m M P N ，，，三点到O 点距离分别为OM OP ON ，，，则在用图中所示装置进行实验时（P 为碰前入射小球落点的平均位
置），所得“验证动量守恒定律”的表达式为_______（用12 m m OP OM ON ，
，，，等物理量表示）。

12．某同学用如图所示装置来探究碰撞中的不变量。

让质量为m 1的小球从斜槽某处由静止开始滚下，与静止在斜槽末端质量为m 2的小球发生碰撞。

实验中必须要求的条件是______。

A．斜槽必须是光滑的
B．斜槽末端的切线必须水平
C．m1与m2的球心在碰撞瞬间必须在同一高度
D．m1每次必须从同一高度处滚下
（2）某同学利用频闪照相和气垫导轨来验证动量守恒定律。

现用天平测出滑块A、B的质量分别为300g和200g，接着安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平。

然后向气垫导轨通入压缩空气，再把A、B两滑块放到导轨上，分别给它们初速度，同时开始闪光照相，闪光的时间间隔设定为Δt=0.2s。

如图所示是闪光4次拍摄得到的照片，其间A、B两滑块均在0~80cm刻度的范围内。

第一次闪光时，滑块B恰好通过x=55cm处，滑块A恰好通过x=70cm处。

发生碰撞后，滑块A静止。

由此可以判断：两滑块的碰撞发生在第一次闪光后______s；碰撞前滑块A的速度大小为______m/s，碰撞后滑块B的速度大小为______m/s。

通过对实验结果的分析表明，碰撞前后A、B两滑块组成的系统动量守恒。

13．用如图甲所示的装置研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。

（1）图甲中O 点是小球抛出点在地面上的垂直投影。

实验时，先让质量为1m 的小球1多次从斜轨上S 处由静止释放，找到其平均落地点的位置A ，测量平抛射程OA ．然后，把质量为()221m m m <的小球2静置于轨道的末端，再将小球1从斜轨上S 处由静止释放，与小球2相碰，并多次重复。

接下来要完成的必要步骤是______（填正确选项前的字母）。

A 、测量抛出点距离地面的高度H
B 、测量小球1开始释放时距水平轨道的高度h
C 、测量平抛射程OB 、OC
（2）若两小球碰撞前后的动量守恒，则1m OA ⋅=______（用（1）中测量的量表示） （3）若1245.0,7.5m g m g ==，小球落地点的平均位置距O 点的距离如图乙所示。

碰撞前、后小球1的动量分别为1p 与1p '，若碰撞结束时小球2的动量为2
p '。

则碰撞前、后总动量的比值112
p p p ''=+_____（结果保留三位有效数字）。

14．如图所示，用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。

（1）实验中直接测量小球碰撞前后的速度是不容易的，但可以通过仅测量_________（填选项前的符号）间接地解决这个问题．
A ．小球开始释放高度h
B ．小球做平抛运动的射程
C ．小球抛出点距地面的高度H
（2）图中O 点是小球抛出点在地面上的垂直投影．实验时，先让入射球m 1多次从斜轨上S 位置静止释放，找到其平均落地点的位置P ，测量平抛射程OP 。

然后，把被碰小球m 2静置于轨道的水平部分末端，再将入射球m 1从斜轨上相同位置S 静止释放，与小球m 2相碰，并多次重复．
接下来要完成的必要两个步骤是__________（填选项前的符号）
A．用天平测量两个小球的质量m1、m2
B．测量小球m1开始释放高度h
C．测量抛出点距地面的高度H
D．分别找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、N，并测量平抛射程OM、ON
（3）经测定，m1＝45.0 g，m2＝7.5 g，小球落地点的平均位置距O点的距离如下图所示．则碰撞后m1和m2的动量大小比值为_______________。

（结果保留两位有效数字）
（4）验证m1、m2碰撞过程系统动量守恒的表达式为__________________（用m1、m2、OM、OP、ON表示）
参考答案
1．C2．D3．AD4．AD
5．大于 圆规 m m B m 6．C A
=+ 7．B 0.416 A 2k
B 8．CD 3.5 D 12.895 B
9．C BC DE 1.06 1.05 在误差允许的范围内，系统的动量守恒 10．> 1123m L m L + 21L L +
11．A AC 112m OP m OM m ON =+
12．BCD 0.1 1 1
13．C 12m OB m OC ⋅⋅+ 1.01
14．B AD 3.8 112m OP m OM m ON =+。