1 实验：探究碰撞中的不变量 知识点题库

如图所示，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左端粘有橡皮泥，瞬间轻推动A车使之做匀速运动，与静止在前方的小车B相碰并粘合成一体，继续做匀速运动，在小车A的右端连着纸带，小车运动，频率为50Hz的打点计时器将打出一系列带点纸带；在长木板下垫着小木片以平衡摩擦力．则：

某同学用如图甲所示装置，通过质量分别为m₁、m₂的A、B两球的碰撞来验证动量守恒定律，步骤如下：

①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；

②不放小球B，让小球A从斜槽上挡板处由静止滚下，并落在地面上；重复多次以确定小球落点位置；

③把小球B放在轨道水平槽末端，让小球A从挡板处由静止滚下，使它们碰撞：重复多次以确定碰撞后两小球的落点位置；

④用刻度尺分别测量三个落地点M、P、N离O点的距离，即线段的长度OM、OP、ON．

如图所示为实验室“验证碰撞中的动量守恒”的实验装置．

某同学设计了如图的实验装置验证动量守恒定律．具体设计步骤如下：

A．用天平称出A、B两个小球的质量m_A、m_B；

B．用细线将A、B连接，使A、B间的弹簧压缩（弹簧长度较小且不与小球拴接），放在桌面上的指定位置；

C．剪断细线，两个小球在桌面上滑行后由两侧飞出桌边并落在地面上，记录小球落地点；

D．测量相应物理量，记录数据并进行验证．

如图所示为验证动量守恒的实验装置示意图．

为了验证碰撞中的动量守恒和检验两个小球的碰撞是否为弹性碰撞（碰撞过程中没有机械能损失），某同学选取了两个体积相同、质量不相等的小球，按下述步骤做了如下实验：

A．用天平测出两个小球的质量分别为m₁和m₂ ， 且m₁＞m₂；

B．按照如图所示的那样，安装好实验装置，将斜槽AB固定在桌边，使槽的末端点的切线水平．将一斜面BC连接在斜槽末端；

C．先不放小球m₂ ， 让小球m₁从斜槽顶端A处由静止开始滚下，记下小球在斜面上的落点位置；

D．将小球m₂放在斜槽前端边缘上，让小球m₁从斜槽顶端A处滚下，使它们发生碰撞，记下小球m₁和小球m₂在斜面上的落点位置；

D．用毫米刻度尺量出各个落点位置到斜槽末端点B的距离．图中D、E、F点是该同学记下的小球在斜面上的几个落点位置，到B点的距离分别为L_D、L_E、L_F ．

根据该同学的实验，请你回答下列问题：

某同学用如图甲所示的装置来验证动量守恒定律，该装置由水平长木板及固定在木板一端的硬币发射器组成，硬币发射器包括支架、弹片及弹片释放装置，释放弹片可将硬币以某一初速度弹出。已知一元硬币和五角硬币与长木板间动摩擦因数相同，主要实验步骤如下：

①将一元硬币置于发射槽口，释放弹片将硬币发射出去，硬币沿着长木板中心线运动，在长木板中心线的适当位置取一点O，测出硬币停止滑动时硬币右侧到O点的距离。再从同一位置释放弹片将硬币发射出去，重复多次，取该距离的平均值记为x₁ ， 如图乙所示；

②将五角硬币放在长木板上，使其左侧位于O点，并使其直径与中心线重合，按步骤①从同一位置释放弹片，重新弹射一元硬币，使两硬币对心正碰，重复多次，分别测出两硬币碰后停止滑行时距O点距离的平均值x₂和x₃ ， 如图丙所示。

下图为验证动量守恒定律的实验装罝，实验中选取两个半径相同、质量不等的小球，按下面步骤进行实验：

 ①用天平测出两个小球的质量分别为为m₁和为m₂;

②安装实验装置，将斜槽AB固定在桌边，使槽的末端切线水平，再将一斜面BC连接在斜槽末端；

③先不放小球m₂,让小球m₁从斜槽顶端A处由静止释放，标记小球在斜面上的落点位罝P;

④将小球m₂放在斜槽末端B处，仍让小球m₁从斜槽顶端A处由静止释放，两球发生碰撞， 分别标记小球m₁,、m₂在斜面上的落点位置；

⑤用毫米刻度尺测出各落点位置到斜槽末端B的距离。图中从M、P、N点是实验过程中记下的小球在斜面上的三个落点位置，从M、P、N到B点的距离分别为S_M、S_P、S_N.依据上述实验步骤，请回答下面问题：

某同学利用气垫导轨验证动量守恒定律，同时测量弹簧的弹性势能，实验装置如图甲所示，两滑块A、B上各固定一相同窄片。部分实验步骤如下：

I.用螺旋测微器测量窄片的宽度d；

II.将气垫导轨调成水平；

II.将A、B用细线绑住，在A．B间放入一个被压缩的轻小弹簧；

IV.烧断细线，记录A、B上的窄片分别通过光电门C、D的挡光时间t₁、t₂。

为了验证动量守恒定律，某实验小组选取两个材质相同而质量不同的滑块A和B，并按下述步骤进行了实验：

①在A、B的相撞面分别粘上橡皮泥，便于二者相撞后连成一体；

②实验装置如图甲所示，铝质导轨槽固定在水平桌面上，其倾斜段的右端和水平段的左端由一小段圆弧连接，在导轨槽的侧面且与水平导轨等高处安装一台数码频闪照相机；

③将滑块B静置于槽的水平段某处，滑块A由槽的倾斜段适当位置静止释放，同时开始频闪拍摄，直至两滑块停止运动，得到一幅多次曝光的照片；

④多次重复步骤③，得到多幅照片，挑选其中最理想的一幅，打印出来，将刻度尺紧靠照片放置，如图乙所示（图中只显示滑块A）。

请对上述操作进行分析并回答以下问题：

某同学在利用气垫导轨、滑块、数字计时器、光电门等器材验证动量守恒定律实验中，用到两个相同的光电门1和2及质量分别为400g、200g的滑块A和B，两滑块上分别固定有宽度相同的长方形遮光片。部分实验操作如下：

在“探究碰撞中的守恒量”实验中，某同学用如图所示装置探究 A、B 两球在碰撞中系统动量是否守恒。实验中选取两个半径相同、质量不等的小球，实验装置和具体做 法如下：图中 PQ 是斜槽，QR 为水平槽，实验时先将 A 球从斜槽上某一固定位置 G 由静止释放，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，将 A 球仍从位置 G 由静止释放，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，并画出实 验中 A、B 两小球落点的平均位置。图中 F、E 点是 A 碰 B 球前后的平均落点，J 是 B 球 的平均落点，O 点是水平槽末端 R在记录纸上的垂直投影点。 依据上述实验装置和做法，回答下面问题：

如图所示，在做“碰撞中的动量守恒”实验中，

用如图甲所示装置结合频闪照相机（频闪照相周期一定）拍摄的照片来“验证动量守恒定律”，实验步骤如下：

①用天平测出A、B两个小球的质量m_A和m_B；

②安装好实验装置，使斜槽的末端所在的平面保持水平；

③先不在斜槽的末端放小球B，让小球A从斜槽上位置P由静止开始释放，小球A离开斜槽后，频闪照相机连续拍摄小球A的两位置（如图乙所示）；

④将小球B放在斜槽的末端，让小球A仍从位置P处由静止开始释放，使它们碰撞，频闪照相机连续拍摄下两个小球的位置（如图丙所示）；

⑤测出所需要的物理量。

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。

某同学利用打点计时器和气垫导轨做验证动量守恒定律实验。气垫导轨装置如图（a）所示，由导轨、滑块、弹射架等组成。

某同学利用如图所示的实验装置探究半径相等的小球1和小球2在碰撞过程中是否动量守恒。

如图甲所示为验证动量守恒定律的实验装置，气垫导轨上放着两个滑块，滑块A的质量为500 g，滑块B的质量为200 g。每个滑块的一端分别与穿过打点计时器的纸带相连，两个打点计时器的电源频率均为50 Hz。调节设备使气垫导轨正常工作后，接通两个打点计时器的电源，并让两个滑块以不同的速度相向运动，碰撞后粘在一起继续运动。图乙为纸带上选取的计数点，每两个计数点之间还有四个点没有画出。

某同学利用如图所示实验装置研究两物体碰撞过程中的守恒量。实验步骤如下：

①如图所示，将白纸、复写纸固定在竖直放置的木条上，用来记录实验中两小球对木条的撞击点。

②将木条竖直立在轨道末端右侧并与轨道接触，小球1从斜轨上A点由静止释放，撞击点为B。

③将木条平移到图中所示位置，小球1从斜轨上A点由静止释放，确定撞击点为图中P点。

④将球2静止放置在水平轨道的末端，小球1从斜轨上A点由静止释放，使它们发生碰撞，确定小球1和小球2相撞后对木条的撞击点。

⑤测得B与N、P、M各点的高度差分别为h₁、h₂、h₃。

根据该同学的实验，回答下列问题：

利用“类牛顿摆”验证碰撞过程中的动量守恒定律。

实验器材：两个半径相同的球1和球2，细线若干，坐标纸，刻度尺。

实验步骤：

⑴测量小球1、2的质量分别为、 ， 将小球各用两细线悬挂于水平支架上，各悬点位于同一水平面，如图甲；

⑵将坐标纸竖直固定在一个水平支架上，使坐标纸与小球运动平面平行且尽量靠近。坐标纸每一小格是边长为的正方形。将小球1拉至某一位置 ， 由静止释放，垂直坐标纸方向用手机高速连拍；

⑶分析连拍照片得出，球1从点由静止释放，在最低点与球2发生水平方向的正碰，球1反弹后到达的最高位置为 ， 球2向左摆动的最高位置为 ， 如图乙。已知重力加速度为 ， 碰前球1的动量大小为。若满足关系式，则验证碰撞中动量守恒；

⑷与用一根细线悬挂小球相比，本实验采用双线摆的优点是：；

⑸假设某次碰撞中球1在最低点与静止的球2水平正碰后，球1速度瞬间变为0，球2向左摆动。若为弹性碰撞，则可判断球1的质量球2的质量（填“大于”“等于”或“小于”）。