第7章 6 第3讲 实验8：验证动量守恒定律(课件PPT)-【赢在微点·顶层设计】2027年高中物理高考一轮总复习（粤教版）

该高中物理高考复习课件聚焦“验证动量守恒定律”实验专题，依据高考评价体系明确实验原理理解、数据处理及误差分析等考查要求，通过梳理气垫导轨、斜槽小球、长木板小车三种方案，对接近五年高考真题，归纳实验步骤完善、动量表达式验证等常考题型，体现备考针对性。 课件亮点在于“真题解析+迁移创新+素养提升”策略，如以2024北京卷斜槽小球碰撞实验为例，指导用圆规确定平均落点、推导动量守恒关系式，培养科学探究与科学论证能力。通过2024山东卷位移传感器实验分析x-t图像求速度，强化科学思维中的模型建构，助力学生掌握实验题答题技巧，教师可据此高效开展针对性复习。

第3讲 第七章　动量守恒定律 实验8：验证动量守恒定律 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 目 标 要 求 1.理解动量守恒定律成立的条件，会利用不同案例验证动量守恒定律。2.知道在不同实验案例中要测量的物理量，会进行数据处理及误差分析。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 考点1　实验基本技能 考点2　实验的迁移、拓展和创新 内容 索引 温馨提示:点击标题链接相关内容 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 实验基本技能 考点1 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 5 1.实验原理。 在一维碰撞中，测出相碰的两物体的质量m1、m2和碰撞前、后物体的速度v1、v2、v1'、v2'，算出碰撞前的动量p=m1v1+m2v2及碰撞后的动量p'=m1v1'+m2v2'，在误差允许的范围内，比较碰撞前、后动量是否相等。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 2.三种实验方案。 方案一：利用气垫导轨研究滑块碰撞过程中的动量守恒。 (1)实验器材。 气垫导轨、数字计时器、天平、滑块(两个)、弹簧、细绳、弹性碰撞架、撞针、橡皮泥等。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (2)实验步骤。 ①测质量：用天平测出两滑块的质量。 ②安装好气垫导轨，如图所示。   ③接通电源，利用配套的光电计时装置测出两滑块各种情况下碰撞前、后的速度。 ④改变滑块的质量和初速度，重复实验。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (3)数据处理。 ①滑块速度的测量：v=，式中d为滑块上挡光片的宽度，Δt为数字计时器显示的挡光片经过光电门的时间。 ②验证的表达式：m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'。 方案二：用斜槽装置验证小球碰撞过程中的动量守恒。 (1)实验器材。 斜槽、两个质量不同大小相同的小球、天平、复写纸、白纸、圆规、铅垂线等 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (2)实验步骤。 ①用天平测量两等大小球的质量m1、m2，以质量较大的球为入射球(m1>m2)。 ②安装：固定斜槽使斜槽末端水平。 ③铺纸：白纸在下，复写纸在上，且在适当位置铺放好，记下铅垂线所指的位置O。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 ④找平均落点：每次让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下，小球滚下10次，用圆规画尽量小的圆把所有落点圈起来，找出圆心；再将被碰小球放在斜槽末端，入射小球仍然从原位置滚下，两球碰撞后落下，用同样的方法记录入射小球和被碰小球落点的位置。 ⑤测距离：用刻度尺分别测量O点到三个平均落点的距离。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (3)数据处理。 验证的表达式：m1·OP=m1·OM+m2·ON。 (4)注意事项。 ①斜槽末端的切线必须水平。 ②入射小球质量大于被碰小球质量。 ③入射小球每次必须从同一位置静止释放。 ④实验过程中实验装置、记录用白纸的位置不能移动。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 方案三：利用两辆小车在长木板上碰撞验证动量守恒定律。 (1)实验器材。 长木板、小木块、打点计时器、纸带、交流电源、两辆小车、撞针、橡皮泥、刻度尺等。 (2)实验步骤。 ①测质量：用天平测量两小车的质量。 ②安装：将打点计时器固定在长木板的一端，把纸带穿过打点计时器的限位孔，连在小车A的后面，在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 ③平衡摩擦力：长木板固定打点计时器的一端垫木块，平衡摩擦力。 ④实验：接通电源，让小车A运动，小车B静止。两车碰撞时撞针插入橡皮泥中，两车连接成整体，随后两车一起运动。 ⑤测速度：由v=计算碰撞前A车速度和碰撞后两车共同速度。 (3)数据处理。 验证的表达式：m1v1=(m1+m2)v2。 (4)注意事项。 ①实验前必须平衡摩擦力。 ②测量速度时不能使用点迹间距离变化的部分纸带。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 【典例1】　某同学利用打点计时器和气垫导轨做验证动量守恒定律的实验，气垫导轨装置如图甲所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成。在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔，向导轨空腔内不断通入压缩空气，空气会从小孔中喷出，使滑块稳定地漂浮在导轨上，这样就大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 下面是实验的主要步骤： ①安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平。 ②向气垫导轨通入压缩空气。 ③把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧，将纸带穿过打点计时器和弹射架并固定在滑块1的左端，调节打点计时器的高度，直至滑块拖着纸带移动时，纸带始终在水平方向。 ④使滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 ⑤把滑块2放在气垫导轨的中间，已知碰后两滑块一起运动。 ⑥先 ，然后 ，让滑块带动纸带一起运动。  ⑦取下纸带，重复步骤④⑤⑥，选出较理想的纸带如图乙所示。 ⑧测得滑块1(包括撞针)的质量为310 g，滑块2(包括橡皮泥)的质量为205 g。 接通打点计时器的电源 放开滑块1 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (1)试着完善实验步骤⑥的内容。 (2)已知打点计时器每隔0.02 s打一个点，计算可知两滑块相互作用前质量与速度的乘积之和为 kg·m/s；两滑块相互作用以后质量与速度的乘积之和为 kg·m/s。(均保留3位有效数字)  (3)试说明(2)问中两结果不完全相等的主要原因是 。  0.620 0.618 纸带与打点计时器的限位孔有摩擦 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (1)使用打点计时器时应先接通电源，后放开滑块1。 (2)作用前滑块1的速度v1= m/s=2 m/s，其质量与速度的乘积为0.310×2 kg·m/s=0.620 kg·m/s，作用后滑块1和滑块2具有相同的速度v= m/s=1.2 m/s，其质量与速度的乘积之和为(0.310+0.205)×1.2 kg·m/s=0.618 kg·m/s。 (3)相互作用前后动量减小的主要原因是纸带与打点计时器的限位孔有摩擦。 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 【典例2】　(2024·北京卷)如图甲 所示，让两个小球在斜槽末端碰撞 来验证动量守恒定律。 (1)(多选)关于本实验，下列做法正 确的是 (填选项字母)。  A.实验前，调节装置，使斜槽末端水平 B.选用两个半径不同的小球进行实验 C.用质量大的小球碰撞质量小的小球 AC 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (2)图甲中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影，首先，将质量为m1的小球从斜槽上的S位置由静止释放，小球落到复写纸上，重复多次。然后，把质量为m2的被碰小球置于斜槽末端，再将质量为m1的小球从S位置由静止释放，两球相碰，重复多次。分别确定平均落点,记为M、N和P(P为m1单独滑落时的平均落点)。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 a.图乙为实验的落点记录，简要说明如何确定平均落点 ；  b.分别测出O点到平均落点的距离，记为OP、OM和ON。在误差允许范围内，若关系式 成立，即可验证碰撞前后动量守恒。  用圆规画圆,尽可能用最小的圆把各个落点圈住，这个圆的圆心位置代表平均落点 m1OP=m1OM+m2ON 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (3)受上述实验的启发，某同学设计了另 一种验证动量守恒定律的实验方案。如 图丙所示，用两根不可伸长的等长轻绳 将两个半径相同、质量不等的匀质小球 悬挂于等高的O点和O'点，两点间距等 于小球的直径。将质量较小的小球1向 左拉起至A点由静止释放，在最低点B与静止于C点的小球2发生正碰。碰后小球1向左反弹至最高点A'，小球2向右摆动至最高点D。测得小球1、2的质量分别为m和M，弦长AB = l1、A'B =l2、CD =l3。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 推导说明，m、M、l1、l2、l3满足 关系即可验证碰撞前后动量守恒。  ml1=-ml2+Ml3 (1)实验中若使小球碰撞前、后的水平位移与其碰撞前、后速度成正比，需要确保小球做平抛运动，即实验前，调节装置，使斜槽末端水平，A项正确；为使两小球发生的碰撞为对心正碰，两小球半径需相同，B项错误；为使碰后入射小球与被碰小球同时飞出，需要用质量大的小球碰撞质量小的小球，C项正确。 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (2)用圆规画圆，尽可能用最小的圆把各个落点圈住，这个圆的圆心位置代表平均落点。碰撞前、后小球均做平抛运动，由h=gt2可知，小球的运动时间相同，所以水平位移与平抛初速度成正比，所以若m1OP=m1OM+m2ON，即可验证碰撞前后动量守恒。 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (3)设轻绳长为L，小球从偏角θ处静止摆下，摆到最低点时的速度为v，小球经过圆弧对应的弦长为l，则由动能定理有mgL(1-cos θ)= mv2，由数学知识可知sin=，联立两式解得v=l，若两小球碰撞过程中动量守恒，则有mv1=-mv2+Mv3，又有v1=l1，v2=l2，v3=l3，整理可得ml1=-ml2+Ml3。 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 【典例3】　某同学设计了一个用电磁打点计时器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使之做匀速直线运动，然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体，继续做匀速直线运动。他设计的装置如图甲所示。在小车A后连着纸带，电磁打点计时器所用电源频率为50 Hz，长木板下垫着薄木片以平衡摩擦力。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (1)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为运动的起点，则应选 段来计算A碰前的速度。应选 段来计 算A和B碰后的共同速度。(均填“AB”“BC”“CD”或“DE”)  (2)已测得小车A的质量m1=0.4 kg，小车B的质量m2=0.2 kg，则碰前两 小车的总动量为 kg·m/s，碰后两小车的总动量为 kg·m/s。  0.417 0.420 BC DE 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (1)从分析纸带上打点的情况看，BC段既表示小车做匀速运动，又表示小车有较大速度，因此BC段能较准确地描述小车A在碰撞前的运动情况，应选用BC段计算小车A碰前的速度。从CD段打点的情况看，小车的运动情况还没稳定，而在DE段内小车运动稳定，故应选用DE段计算A和B碰后的共同速度。 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (2)小车A在碰撞前速度v0== m/s=1.050 m/s，小车A在碰撞前动量p0=m1v0=0.4×1.050 kg·m/s=0.420 kg·m/s，碰撞后A、B的共同速度v== m/s=0.695 m/s，碰撞后A、B的总动量p=(m1+m2)v=(0.2+0.4)×0.695 kg·m/s=0.417 kg·m/s。 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 实验的迁移、拓展和创新 考点2 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 31 【典例4】　(2024·山东卷)在第四次“天宫课堂”中，航天员演示了动量守恒实验。受此启发，某同学使用如图甲所示的装置进行了碰撞实验，气垫导轨两端分别安装a、b两个位移传感器，a测量滑块A与它的距离xA，b测量滑块B与它的距离xB。部分实验步骤如下： ①测量两个滑块的质量，分别为200.0 g和400.0 g； ②接通气源，调整气垫导轨水平； ③拨动两滑块，使A、B均向右运动； 考向1 实验装置的改变 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 ④导出传感器记录的数据，绘制xA、xB随时间变化的图像，分别如图乙、图丙所示。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 回答以下问题： (1)从图像可知两滑块在t= s时发生碰撞。  (2)滑块B碰撞前的速度大小v= m/s(保留2位有效数字)。  (3)通过分析，得出质量为200.0 g的滑块是 (填“A”或“B”)。  1.0 0.20 B 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (1)由x-t图像的斜率表示速度可知两滑块的速度在t=1.0 s时发生突变，即这个时刻发生了碰撞。 (2)根据x-t图像斜率的绝对值表示速度大小可知碰撞前瞬间B的速度大小为v= cm/s=0.20 m/s。 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (3)由题图乙知，碰撞前A的速度大小vA=0.50 m/s，碰撞后A的速度大小约为vA'=0.36 m/s，由题图丙可知，碰撞后B的速度大小为vB'= 0.5 m/s，A和B碰撞过程动量守恒，则有mAvA+mBv=mAvA'+mBvB'，代入数据解得≈2，所以质量为200.0 g的滑块是B。 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 【典例5】　(2022·全国甲卷)利用图示的实验装置对碰撞过程进行研究。让质量为m1的滑块A与质量为m2的静止滑块B在水平气垫导轨上发生碰撞，碰撞时间极短，比较碰撞后A和B的速度大小v1和v2，进而分析碰撞过程是否为弹性碰撞。完成下列填空： 考向2 实验目的改变 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (1)调节导轨水平。 (2)测得两滑块的质量分别为0.510 kg和0.304 kg。要使碰撞后两滑块运动方向相反，应选取质量为 kg的滑块作为A。  (3)调节B的位置，使得A与B接触时，A的左端到左边挡板的距离s1与B的右端到右边挡板的距离s2相等。 (4)使A以一定的初速度沿气垫导轨运动，并与B碰撞，分别用传感器记录A和B从碰撞时刻开始到各自撞到挡板所用的时间t1和t2。 0.304 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (5)将B放回到碰撞前的位置，改变A的初速度大小，重复步骤(4)。多次测量的结果如下表所示。   1 2 3 4 5 t1/s 0.49 0.67 1.01 1.22 1.39 t2/s 0.15 0.21 0.33 0.40 0.46 k= 0.31 k2 0.33 0.33 0.33 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (6)表中的k2= (保留2位有效数字)。  (7)的平均值为 (保留2位有效数字)。  (8)理论研究表明，对本实验的碰撞过程是否为弹性碰撞可由判断。若两滑块的碰撞为弹性碰撞，则的理论表达式为  (用m1和m2表示)，本实验中其值为 (保留2位有效数字)，若该值与(7)中结果间的差别在允许范围内，则可认为滑块A与滑块B在导轨上的碰撞为弹性碰撞。  0.31 0.32 0.34 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (2)碰后运动方向相反，应用质量较小的滑块碰撞质量较大的滑块，故选0.304 kg的滑块作为A。 (6)碰撞后两滑块做匀速运动，有s1=v1t1，s2=v2t2，由于s1=s2，结合表中数据可得k2===≈0.31。 (7)的平均值为=≈0.32。 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (8)弹性碰撞时满足动量守恒定律和机械能守恒定律，可得m1v0= -m1v1+m2v2，m1=m1+m2，联立解得=，代入数据可得≈0.34。 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 把握高考微点，实现素能提升 完成——微练40 本部分内容讲解结束 $$