1.4 实验：验证动量守恒定律 导学案 -2025-2026学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

该高中物理导学案围绕“验证动量守恒定律”展开，通过气垫导轨、悬线小球、斜槽平抛三种实验方法，衔接动量守恒定律理论学习，以实验步骤、数据处理为支架，引导学生明确验证思路及一维碰撞验证方法。 特色在于实验方案多元，结合具体数据处理与问题探究，培养科学探究能力，强调操作规范（如斜槽水平、同一高度释放）渗透科学态度，习题设计注重科学推理与模型建构，助力学生深化物理观念，提升实验技能与解决实际问题的能力。

高中物理人教版选择性必修第一册 第一章《动量守恒定律》 第4节 实验：验证动量守恒定律 导学案 课题 第4节 实验：验证动量守恒定律 学习目标 1.明确验证动量守恒定律的基本思路。 2.验证一维碰撞中的动量守恒。 3.知道实验数据的处理方法。 学习重难点 实验拓展创新 一、利用气垫导轨验证动量守恒定律 1.实验方法 (1)测质量：用天平测出两滑块的质量。 (2)安装：按图安装好气垫导轨。 (3)实验：接通电源，利用配套的光电计时装置测出两滑块在各种情况下(例如：①改变滑块的质量；②改变滑块的初速度大小和方向)碰撞前后的速度。 2.验证：一维碰撞中的动量守恒。 二、利用等长的悬线悬挂等大的小球验证动量守恒定律 1.实验方法 (1)测质量：用天平测出两小球的质量。 (2)安装：如图所示，把两个等大的小球用等长的细线悬挂起来。 (3)操作：一个小球静止，将另一个小球拉开一定角度释放，两小球相碰。 (4)测速度：记录下小球被拉起的角度，算出碰撞前对应小球的速度，测量碰撞后小球摆起的角度，算出碰撞后对应小球的速度。 (5)改变条件：改变碰撞条件，重复实验。 2.验证：一维碰撞中的动量守恒。 学习知识点 实验验证的步骤和验证方法 (1)测质量：用天平测出两球的质量 (2)安装：斜槽末端切线必须沿水平方向 (3)起点：入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放 (4)铺纸：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O。 (5)测距离：用小球平抛的水平位移替代速度，用刻度尺量出O到所找圆心的距离。 碰撞前：p＝m1v1＋m2v2 碰撞后：p′＝m1v1′＋m2v2′ 课前训练 1.某同学利用气垫导轨做“验证动量守恒定律”的实验，气垫导轨装置如图所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架、光电门等组成。 (1)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接通数字计时器； ④把滑块2静止放在气垫导轨的中间； ⑤滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳； ⑥释放滑块1，滑块1通过光电门1后与左侧带有固定弹簧(未画出)的滑块2碰撞，碰后滑块2和滑块1依次通过光电门2，两滑块通过光电门2后依次被制动； ⑦读出滑块通过光电门的挡光时间分别为：滑块1通过光电门1的挡光时间Δt1＝10.01 ms，通过光电门2的挡光时间Δt2＝49.99 ms，滑块2通过光电门2的挡光时间Δt3＝8.35 ms； ⑧测出挡光板的宽度均为d＝5 mm，测得滑块1的质量为m1＝300 g，滑块2(包括弹簧)的质量为m2＝200 g。 (2)数据处理与实验结论： ①实验中气垫导轨的作用是： A．________________________________________________________________________； B．________________________________________________________________________。 ②碰撞前滑块1的速度v1为__________ m/s；碰撞后滑块1的速度v2为__________ m/s；碰撞后滑块2的速度v3为__________ m/s。(结果均保留两位有效数字) ③碰撞前系统的总动量为m1v1＝________。 碰撞后系统的总动量为m1v2＋m2v3＝______。 由此可得实验结论：______________________________________________________。 2.某实验小组利用如图所示的实验装置验证动量守恒定律。实验的主要步骤如下： (1)用游标卡尺测量小球A、B的直径d，其示数均如图乙所示，则直径d＝________mm，用天平测得球A、B的质量分别为m1、m2。 (2)用两条细线分别将球A、B悬挂于同一水平高度，且自然下垂时两球恰好相切，球心位于同一水平线上。 (3)将球A向左拉起使其悬线与竖直方向的夹角为α时由静止释放，与球B碰撞后，测得球A向左摆到最高点时其悬线与竖直方向的夹角为θ1，球B向右摆到最高点时其悬线与竖直方向的夹角为θ2。 (4)若两球碰撞前后的动量守恒，则其表达式为________________；若碰撞是弹性碰撞，则还应满足的表达式为________________。(用测量的物理量表示) 3.如图所示，光滑水平轨道上有三个滑块A、B、C，质量分别为mA＝mC＝2m，mB＝m，A、B用细绳连接，中间有一压缩的轻弹簧(弹簧与滑块不拴接)。开始时A、B以共同速度v0运动，C静止。某时刻细绳突然断开，A、B被弹开，然后B又与C发生碰撞并粘在一起，最终三个滑块速度恰好相同。求B与C碰撞前B的速度大小。 课前训练答案 1.答案　见解析 解析　(2)①A.大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差。 B．保证两个滑块的碰撞是一维的。 ②滑块1碰撞之前的速度v1＝＝ m/s≈0.50 m/s； 滑块1碰撞之后的速度v2＝＝ m/s≈0.10 m/s； 滑块2碰撞之后的速度v3＝＝ m/s≈0.60 m/s； ③系统碰撞之前m1v1＝0.15 kg·m/s，系统碰撞之后m1v2＋m2v3＝0.15 kg·m/s。 通过实验结果，可得结论：在实验误差允许的范围内，两滑块相互作用的过程，系统的动量守恒。 2.解析　(1)直径d＝22 mm＋0.1×0 mm＝22.0 mm。 (4)设悬线长度为L， 则A球到达最低点时的速度v＝ 碰后A球的速度v1＝ 碰后B球的速度v2＝ 若两球碰撞前后的动量守恒，则其表达式为m1v＝m2v2－m1v1，即m1 ＝m2－m1， 即m1＝m2－m1， 若碰撞是弹性碰撞，则碰撞前、后动能相等，还应满足的表达式 m1v2＝m2v＋m1v， 即m1·2gL(1－cos α)＝m2·2gL(1－cos θ2)＋m1·2gL(1－cos θ1)， 整理得m1cos α＝m1cos θ1－m2(1－cos θ2) 答案　(1)22.0 (4)m1＝m2－m1 m1cos α＝m1cos θ1－m2(1－cos θ2) 3.答案　v0 解析　设三个滑块的共同速度为v，滑块A与B被弹开后，B的速度为vB，以v0的方向为正方向。某时刻细绳突然断开，A、B被弹开 对A、B两滑块，由动量守恒定律得 (mA＋mB)v0＝mAv＋mBvB B又与C发生碰撞并粘在一起，对B、C两滑块，由动量守恒定律得 mBvB＝(mB＋mC)v 联立以上两式， 解得B与C碰撞前B的速度vB＝v0。 学科网（北京）股份有限公司 $