专题42 实验：验证动量守恒定律
1．[2023·广东省六校第三次联考]一个物理学习小组利用图甲所示的装置和手机拍摄的连拍功能(相邻两张照片拍摄的时间间隔相同)来验证动量守恒定律．其实验步骤如下：
a．用天平测出A、B两个小球的质量mA、mB(mA>mB)；
b．把坐标纸紧贴在木板上，固定木板和斜槽在同一竖直面上，使斜槽末端保持水平，调整好手机的位置使摄像头正对坐标纸；
c．让入射小球在斜槽上的P点由静止释放，小球离开斜槽后，启动手机连拍功能进行拍摄，选择小球在空中运动时的相邻两张照片，在坐标纸上记录下小球的位置，如图乙所示；
d．更换新的坐标纸，将被碰小球放在斜槽末端，
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
e．两小球离开斜槽后，再次启动手机连拍功能进行拍摄，选择两球同时在空中运动时的相邻两张照片，在坐标纸上记录小球的位置，如图丙所示；
根据实验回答以下问题：
(1)把实验d补充完整；
(2)实验中放在斜槽末端的小球是________(选填“A”或“B”)；
(3)若小球碰撞过程中动量守恒，则成立的表达式为：________________(从“mA”“mB”“x0”“y0”“x1”“y1”“x2”“y2”中选择恰当的物理量表示).
2．[2023·辽宁卷]某同学为了验证对心碰撞过程中的动量守恒定律，设计了如下实验：用纸板搭建如图所示的滑道，使硬币可以平滑地从斜面滑到水平面上，其中OA为水平段．选择相同材质的一元硬币和一角硬币进行实验．
测量硬币的质量，得到一元和一角硬币的质量分别为m1和m2(m1>m2).将硬币甲放置在斜面某一位置，标记此位置为B.由静止释放甲，当甲停在水平面上某处时，测量甲从O点到停止处的滑行距离OP.将硬币乙放置在O处，左侧与O点重合，将甲放置于B点由静止释放．当两枚硬币发生碰撞后，分别测量甲乙从O点到停止处的滑行距离OM和ON.保持释放位置不变，重复实验若干次，得到OP、OM、ON的平均值分别为s0、s1、s2.
(1)在本实验中，甲选用的是________(填“一元”或“一角”)硬币；
(2)碰撞前，甲到O点时速度的大小可表示为________(设硬币与纸板间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g)；
(3)若甲、乙碰撞过程中动量守恒，则＝________(用m1和m2表示)，然后通过测得的具体数据验证硬币对心碰撞过程中动量是否守恒；
(4)由于存在某种系统或偶然误差，计算得到碰撞前后甲动量变化量大小与乙动量变化量大小的比值不是1，写出一条产生这种误差可能的原因________________________________________________________________________
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3．[全国卷Ⅰ]某同学用如图所示的实验装置验证动量定理，所用器材包括：气垫导轨、滑块(上方安装有宽度为d的遮光片)、两个与计算机相连接的光电门、砝码盘和砝码等．
实验步骤如下：
(1)开动气泵，调节气垫导轨，轻推滑块，当滑块上的遮光片经过两个光电门的遮光时间________时，可认为气垫导轨水平；
(2)用天平测砝码与砝码盘的总质量m1、滑块(含遮光片)的质量m2；
(3)用细线跨过轻质定滑轮将滑块与砝码盘连接，并让细线水平拉动滑块；
(4)令滑块在砝码和砝码盘的拉动下从左边开始运动，和计算机连接的光电门能测量出遮光片经过A、B两处的光电门的遮光时间Δt1、Δt2及遮光片从A运动到B所用的时间t12；
(5)在遮光片随滑块从A运动到B的过程中，如果将砝码和砝码盘所受重力视为滑块所受拉力，拉力冲量的大小I＝______，滑块动量改变量的大小Δp＝______；(用题中给出的物理量及重力加速度g表示)
(6)某次测量得到的一组数据为：d＝1.000 cm，m1＝1.50×10－2 kg，m2＝0.400 kg，Δt1＝3.900×10－2 s，Δt2＝1.270×10－2 s，t12＝1.50 s，取g＝9.80 m/s2.计算可得I＝________ N·s，Δp＝________ kg·m·s－1；(结果均保留3位有效数字)
(7)定义δ＝×100%，本次实验δ＝________%(保留1位有效数字).
4．[2023·江苏省徐州市期中抽测]某同学利用气垫导轨上滑块间的碰撞来验证动量守恒定律，滑块1上安装遮光片，光电计时器可以测出遮光片经过光电门的遮光时间，滑块质量可以通过天平测出，实验装置如图甲所示．
(1)游标卡尺测量遮光片宽度如图乙所示，其宽度d＝________ cm.
(2)打开气泵，待气流稳定后，将滑块1轻轻从左侧推出，发现其经过光电门1的时间比光电门2的时间短，应该调高气垫导轨的________端(填“左”或“右”)，直到通过两个光电门的时间相等，即轨道调节水平．
(3)在滑块上安装配套的粘扣．滑块2(未安装遮光片，质量m2＝120.3 g)静止在导轨上，轻推滑块1(安装遮光片，质量m1＝174.5 g)，使其与滑块2碰撞，记录碰撞前滑块1经过光电门1的时间Δt1，以及碰撞后两滑块经过光电门2的时间Δt2.重复上述操作，多次测量得出多组数据如下表：
Δt1/ms 64.72 69.73 70.69 80.31 104.05
/s－1 15.5 14.3 14.1 12.5 9.6
Δt2/ms 109.08 121.02 125.02 138.15 185.19
/s－1 9.2 8.3 8.0 7.2 5.4
根据表中数据在方格纸上作出 图线．若根据图线得到的斜率k1数值近似等于k2＝________．(用m1、m2表示)即可验证动量守恒定律．
(4)多次试验，发现k1总大于k2，产生这一误差的原因可能是________．
A．滑块2的质量测量值偏大
B．滑块1的质量测量值偏大
C．滑块2未碰时有向右的初速度
D．滑块2未碰时有向左的初速度
专题42 实验：验证动量守恒定律
1．(1)让入射小球从P点由静止开始释放，使两球正碰 (2)B
(3)mAx0＝mAx1＋mBx2
解析：(1)为了让小球入射速度不变，所以让入射小球从P点由静止开始释放，使两球正碰；
(2)实验中放在斜槽末端的小球是被碰小球B.
(3)碰撞时应有mAv0＝mAvA＋mBvB，由平抛运动规律有x＝vt，小球从相同高度落下，故时间相等，上式中两边同乘以t，则有mAx0＝mAx1＋mBx2.
2. (1)一元 (2) (3)
(4)见解析
解析：(1)根据题意可知，甲与乙碰撞后没有反弹，可知甲的质量大于乙的质量，甲选用的是一元硬币；
(2)甲从O点到P点，根据动能定理
－μm1gs0＝0－mv
解得碰撞前，甲到O点时速度的大小
v0＝
(3)同理可得，碰撞后甲的速度和乙的速度分别为
v1＝
v2＝
若动量守恒，则满足m1v0＝m1v1＋m2v2
整理可得＝
(4)误差可能的原因有：
①测量误差，因为无论是再精良的仪器总是会有误差的，不可能做到绝对准确；
②碰撞过程中，我们认为内力远大于外力，动量守恒，实际上碰撞过程中，两个硬币组成的系统合外力不为零．
3．(1)相等 (5)m1gt12 m2
(6)0.221 0.212 (7)4
解析：(1)滑块在气垫导轨上运动时可认为阻力为零，当导轨水平放置时滑块匀速运动，遮光片通过两光电门的遮光时间相等．(5)将砝码和砝码盘所受重力作为滑块所受拉力时，由冲量定义可知I＝m1gt12.滑块通过两光电门时的速度大小分别为vA＝、vB＝，故此过程中滑块动量改变量的大小为Δp＝m2vB－m2vA＝m2.(6)将数据代入上述表达式可得I≈0.221 N·s、Δp≈0.212 kg·m/s.(7)由定义得δ＝×100%＝4%.
4．(1)2.850 (2)左 (3)见解析图 (4)AC
解析：(1)游标卡尺的读数为28mm＋10×0.05 mm＝28.50 mm＝2.850 cm
(2)滑块经过光电门1的时间比光电门2的时间短，说明滑块做减速运动，是由于气垫导轨左侧低造成的，应将左端调高．
(3)作出－图线如图所示，
若满足动量守恒，则有m1v1＝(m1＋m2)v2，且v1＝，v2＝，
整理得＝·，k2＝.
(4)若滑块2的质量测量值偏大，则计算值k2偏小，则有k1>k2，A正确；若滑块1的质量测量值偏大，则计算值k2偏大，则有k1
