1 实验：探究碰撞中的不变量 知识点题库

如图是用来验证动量守恒的实验装置，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，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A点离水平桌面的距离为a，B点离水平桌面的距离为b，C点与桌子边沿间的水平距离为c．此外，还需要测量的量是、、、和．根据测量的数据，该实验中动量守恒的表达式为：．

在做“碰撞中的动量守恒定律”实验中

气垫导轨是常用的一种实验仪器．它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫，使滑块悬浮在导轨上，滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦．我们可以用带竖直挡板C和D的气垫导轨以及滑块A和B来验证动量守恒定律，实验装置如图所示（弹簧的长度忽略不计），

采用的实验步骤如下：

a．用天平分别测出滑块A、B的质量m_A、m_B ．

b．调整气垫导轨，使导轨处于水平．

c．在A和B间放入一个被压缩的轻弹簧，用电动卡销锁定，静止放置在气垫导轨上．

d．用刻度尺测出A的左端至C板的距离L₁ ．

e．按下电钮放开卡销，同时使分别记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作．当A、B滑块分别碰撞C、D挡板时停止计时，记下A、B分别到达C、D的运动时间t₁和t₂ ．

如图所示为弹簧弹射装置，在内壁光滑、水平固定的金属管中放有轻弹簧，在其两端各放置一个金属小球1和2（两球直径略小于管径且与弹簧不固连），压缩弹簧并锁定．现解除锁定，则两个小球同时沿同一直线向相反方向弹射．按下述步骤进行实验：

①用天平测出两球质量分别m₁、m₂；

②用刻度尺测出两管口离地面的高度均为h；

③解除弹簧锁定弹出两球，记录两球在水平地面上的落点P、Q．

回答下列问题：

某同学用如图甲所示装置，通过半径相同的A、B两球的碰撞来探究碰撞过程中的不变量，图中PQ是斜槽，QR为水平槽，实验时先使A球从斜槽上某一固定位置G由静止开始滚下，落到位于水平地面的记录纸上，留下痕迹．重复上述操作10次，得到10个落点痕迹，再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让A球仍从位置G由静止开始滚下，和B球碰撞后，A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹，重复这种操作10次．图中O点是水平槽末端R在记录纸上的竖直投影点，B球落点痕迹如图乙所示，其中米尺水平放置，且在G、R、O所在的平面内，米尺的零点与O点对齐．

某同学用如图甲所示的装置通过大小相同的A、B两小球的碰撞来验证动量守恒定律．图中PQ是斜槽，实验时先使A球从斜槽上某一固定位置G由静止开始滚下，落到位于水平地面的记录纸上，留下痕迹，重复上述操作10次，得到10个落点痕迹，再把B球放在水平槽末端，让A球仍从位置G由静止开始滚下，和B球碰撞后，A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹，重复这种操作10次，图中O点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点，

某实验小组用如图所示的气垫导轨完成“验证动量守恒”的实验。图中A、B是带有碰撞装置和遮光片的滑块，可在气垫导轨上无摩擦地滑动。光电门C、D固定，通过光电计时器(图中未画出)可测出遮光片通过光电门的时间。主要实验步骤如下：

(ⅰ)用天平分别测出A、B两滑块的质量并记录。

(ⅱ)用游标卡尺分别测出A、B两滑块上遮光片的宽度并记录。

(ⅲ)调整气垫导轨使之水平。   

(ⅳ)将滑块A、B静止放在气垫导轨的图示位置上。

(ⅴ)给A一个水平冲量，使之水平向右运动，观察A、B碰撞的情况，记录A、B上的遮光片经过光电门C、D的时间。

(ⅵ)重复步骤ⅳ、ⅴ三至五次。

(ⅶ)分析数据，得出结论。

若某次实验步骤(ⅴ) 中滑块A两次经过光电门C，实验记录如下

mA(g)	mB(g)	dA(cm)	dB(cm)	滑块A第一次经过C的时间(ms)	滑块A第二次经过C的时间(ms)	滑块B经过D的时间(ms)
	150	1.00	1.00	5.00	25.00	6.25

请回答下列问题

某同学设计了一个用打点计时器“探究碰撞中的不变量”的实验，在小车A的前端粘有橡皮泥，设法使小车A做匀速直线运动，然后与原来静止的小车B相碰并黏在一起继续做匀速运动，如图甲所示．在小车A的后面连着纸带，电磁打点计时器的频率为50 Hz.

如图所示是验证小球A、B正碰时动量守恒的实验示意图，实验中，P点是小球A单独以水平速度平抛落地的着地点，N点和M点是A球正碰B球后，B球和A球的着地点：

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：先安装好实验装置，在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸，记下重垂线所指的位置O。接下来的实验步骤如下：

步骤1：不放小球2，让小球1从斜槽上A点由静止滚下，并落在地面上。重复多次，用尽可能小的圆，把小球的所有落点圈在里面，其圆心就是小球落点的平均位置；

步骤2：把小球2放在斜槽前端边缘位置B，让小球1从A点由静止滚下，使它们碰撞。重复多次，并使用与步骤1同样的方法分别标出碰撞后两小球落点的平均位置；

步骤3：用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置M、P、N离O点的距离，即线段OM、OP、ON的长度。

①对于上述实验操作，下列说法正确的是

A．应使小球每次从斜槽上相同的位置自由滚下

B．斜槽轨道必须光滑

C．斜槽轨道末端必须水平

D．小球1质量应大于小球2的质量

②上述实验除需测量线段OM、OP、ON的长度外，还需要测量的物理量有；

A．A、B两点间的高度差h₁

B．B点离地面的高度h₂

C．小球1和小球2的质量m₁、m₂

D．小球1和小球2的半径r

③当所测物理量满足表达式(用所测物理量的字母表示)时，即说明两球碰撞遵守动量守恒定律．如果还满足表达式(用所测物理量的字母表示)时，即说明两球碰撞时无机械能损失；

④完成上述实验后，某实验小组对上述装置进行了改造，如图所示．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．使小球1仍从斜槽上A点由静止滚下，重复实验步骤1和2的操作，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)。

用如图所示装置验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。

在“验证动量守恒定律”的实验中，实验装置如图所示.轨道末端在水平地面上的投影为 点，实验中可供选择的碰撞小球均为直径相同的硬质小球，碰撞时都可认为是弹性碰撞。设入射小球的质量为 ，被碰小球的质量为 。

如图所示为某小组验证动量守恒的实验，在内壁光滑、水平固定的金属管中放有轻弹簧，弹簧压缩并锁定，在金属管两端各放置一个金属小球1和2（两球直径略小于管径且与弹簧不相连），现解除弹簧锁定，两个小球同时沿同一直线向相反方向弹射，射出管时均已脱离弹簧，已知当地重力加速度为 ，按下列步骤进行实验：

①用天平测出两球质量 、 ；

②用刻度尺测出小球1的落点 到管口 的水平距离 ；

③用刻度尺测出两管口离地面的高度 ；

回答下列问题

某同学用图甲所示的装置验证动量守恒定律．图中AB为斜槽，BC为水平槽．

小睿同学用如图所示装置，通过形状相同的A、B两球的碰撞来验证动量守恒定律（球A运动到水平槽末端时刚好与B球发生碰撞）。

①除了测量A球的质量m₁、B球的质量m₂、水平位移s_OP、s_OM和s_ON外，还需测量；若系统动量守恒，则应有关系式；

②下列说法正确的是

A．复写纸铺好后不能再移动

B．轨道有摩擦，但不会对实验造成影响

C．小球落到复写纸上弹起后立即用手接住，防止再次落在复写纸上

D．斜槽末端的切线必须水平，目的是为了使两球碰撞时动能无损失

某同学用如图所示的实验装置来验证动量守恒定律。

步骤一，先安装好仪器，在地上铺上一张白纸，白纸上铺放复写纸，记录轨道末端正下方的位置为O点。

步骤二，轨道末端先不放置小球B，让小球A多次从轨道上同一位置静止释放，记录小球A在白纸上的落点。

步骤三，轨道末端放置小球B，仍让小球A多次从轨道上的同一位置静止释放，与小球B发生碰撞后，均落到白纸上，记录两小球在白纸上的落点。

步骤四，用刻度尺测量出小球落点的平均位置M、P、N到O点的距离分别为1.5L、2L、2.5L。

回答下列问题：

某同学设计如图甲所示装置验证两弹性小球碰撞过程的动量守恒。该装置利用小球做平抛运动来测量其碰撞前后的速度，并进而测定其碰撞前后的动量，以研究小球碰撞过程的动量是否守恒。实验步骤如下：

⑴用天平测出两小球的质量和 ， 其中 ， 选择质量为的小球为入射小球。

⑵按照如图甲所示安装实验装置，调整、固定斜槽使斜槽底端水平。

⑶白纸在下，复写纸在上且在适当位置铺放好，记下重垂线所指的位置。

⑷不放被撞小球，让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下，重复数次，记下小球落点的平均位置（填“”“”或“”）。

⑸把被撞小球放在斜槽末端，让入射小球从斜槽同一高度自由滚下，使它们发生碰撞，重复实验数次。记下碰后入射小球和被撞小球落点的平均位置，如图乙所示。

⑹测量出、、的距离分别为、、。在实验误差允许范围内，若关系式成立，小球碰撞过程系统动量守恒。

图甲，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。

北京冬奥会引发了大家玩桌上冰壶的热潮。某学习小组用三只相同的冰壶来验证动量守恒定律。将两只壶竖直叠放粘连，记为A，另一只壶记为B。在桌面左端固定一弹射装置，PQ为中轴线，与轴线垂直作为参考线。实验步骤如下：

①如图甲，将A从P沿PQ弹射，A停止后，测出其右端到的距离；

②如图乙，将B静置于轴线上，并使其左端与相切；

③如图丙，将A压缩弹簧至同一位置，射出后在处与B正碰，A、B停止后，测出A右端和B左端到的距离、。

请回答以下问题：

如图所示，用“碰撞实验器材”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道末端碰撞前后的动量关系：先安装好实验装置，在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸，记下重垂线所指的位置O。接下来的实验步骤如下：

步骤1：不放小球B，让小球A从斜槽上G点由静止滚下，并落在地面上。重复多次，用尽可能小的圆，把小球的所有落点圈在里面，其圆心就是小球落点的平均位置；

步骤2：把小球B放在斜槽前端边缘位置，让小球A从G点由静止滚下，使它们碰撞。重复多次，并使用与步骤1同样的方法分别标出碰撞后两小球落点的平均位置；

步骤3：用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置M、P、N离O点的距离，即线段OM、OP、ON的长度。