实验八：验证动量守恒定律 课件-2026届高考物理一轮复习

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，依据高考评价体系梳理了实验原理、装置选择、数据处理三大考查维度，通过近五年真题分析明确气垫导轨、斜槽滚球等方案的高频考点分布，归纳速度计算、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“真题情境+素养导向”的复习策略，如结合2024新课标卷斜槽实验，用平抛运动水平位移替代速度，培养科学探究与科学推理素养。通过山东卷x-t图像斜率求速度等实例，总结实验误差分析技巧，帮助学生掌握得分要点，为教师提供系统复习框架和实战教学指导。

实验八 验证动量守恒定律 ◆ 1 一、实验目的 验证一维碰撞中的动量守恒定律. ◆ 2 二、实验原理 在一维碰撞中，测出相碰的两物体的质量、 和碰撞前、后物体的速 度、、、，算出碰撞前的动量 及碰撞后的动量 ，看碰撞前、后动量是否相等. ◆ 3 三、实验方案 方案一 利用气垫导轨完成一维碰撞实验 1.测质量：用天平测出滑块质量. 2.安装：正确安装好气垫导轨，如图所示. 3.实验：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 前后的速度改变滑块质量；②改变滑块的初速度大小和方向 . ◆ 4 4.验证：一维碰撞中的动量守恒. 5.数据处理 (1)滑块速度：，式中 为滑块挡光片的宽度(仪器说明书上给出， 也可直接测量)， 为数字计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门的时间. (2)表达式： . ◆ 5 方案二 利用长木板上两车碰撞完成一维碰撞实验 1.测质量：用天平测出两小车的质量. 2.安装：将打点计时器固定在光滑长木板的一端，把纸带穿过打点计时器， 连在小车的后面，在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥，如图所示. 3.实验：接通电源，让小车运动，小车 静止，两车碰撞时撞针插入橡皮 泥中，把两小车连接成一个整体运动. ◆ 6 4.改变条件：改变碰撞条件，重复实验. 5.数据处理 (1)速度的测量：，式中 是纸带上两计数点间的距离，可用刻度尺 测量，为小车经过 的时间，可由打点间隔算出. (2)表达式： . ◆ 7 方案三 利用斜槽滚球完成一维碰撞实验 1.测质量：用天平测出两小球的质量，并选定质量大的小球为入射小球. 2.安装：安装实验装置，如图甲所示.调整固定斜槽使斜槽底端水平. 3.铺纸：白纸在下，复写纸在上且在适当位置铺放好.记下重垂线所指的位 置 . ◆ 8 4.放球找点：不放被撞小球，每次让入射小球从斜槽上某固定高度处自由 滚下，重复10次.用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面.圆心 就 是小球落点的平均位置. 5.碰撞找点：把被撞小球放在斜槽末 端，每次让入射小球从斜槽固定高度 自由滚下，使它们发生碰撞，重复实 验10次.用步骤4的方法，标出碰后入射小球落点的平均位置 和被撞小球 落点的平均位置 .如图乙所示. ◆ 9 6.验证：连接，测量线段、、 的长度.将测量数据填入表中.最 后代入 ，看在误差允许的范围内是否成立. ◆ 10 四、注意事项 1.若利用气垫导轨进行验证，调整气垫导轨时，应注意利用水平仪确保导 轨水平. 2.若利用两小车相碰进行验证，要注意平衡摩擦力. 3.若利用平抛运动规律进行验证 (1)斜槽末端的切线必须水平； (2)入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放； (3)选质量较大的小球作为入射小球； (4)实验过程中实验桌、斜槽、记录的白纸的位置要始终保持不变. ◆ 11 例1 新课标卷］ 某同学用如图所示的装置验证动量守恒定律.将斜槽轨道固定在水平桌面上，轨道末段水平，右侧端点在水平木板上的垂直投影为 ，木板上叠放着白纸和复写纸.实验时先将小球从斜槽轨道上处由静止释放， 从轨道右端水平飞出后落在木板上；重复多次，测出落点的平均位置与 点的距离.将与半径相等的小球置于轨道右侧端点，再将小球从 处由静止释放，两球碰撞后均落 在木板上；重复多次，分别测出、 两球落点 的平均位置、与点的距离、 . ◆ 12 (1) 记、两球的质量分别为、，实验中须满足条件 ___ (选填“ ”或“ ”) . [解析] 为了保证小球碰撞为对心正碰，且碰后不反弹，要求两球半径相 同且 . 完成下列填空： ◆ 13 (2) 如果测得的、、、和 在实验误差范围内满足关系式 _____________________，则验证了两小球在碰撞中满足动量守恒定律.实 验中，用小球落点与 点的距离来代替小球水平飞出时的速度，依据是 ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ___________________. 小球飞出后做平抛运动，由于下落高度一定，故下落时间一定，而小 球在水平方向上做匀速直线运动，所以小球水平飞出时的速度与平抛运动 的水平位移成正比 ◆ 14 [解析] 如果碰撞过程中系统动量守恒，则满足关系式 ，上式两边同时乘下落时间 ,有 ,可得 . 小球飞出后做平抛运动，由于下落高度一定，故下落 时间一定，而小球在水平方向上做匀速直线运动，所以小球水平飞出时的 速度与平抛运动的水平位移成正比，可以用小球落点与 点的距离来代替 小球水平飞出时的速度，从而验证动量守恒定律. ◆ 15 技法点拨 1.入射小球和被碰小球的大小应完全相同，且 . 2.入射小球每次都必须从斜槽上的同一位置由静止滚下. 3.斜槽末端切线方向必须水平，被碰小球放在斜槽末端边缘处. 4.两球碰撞时，球心应在同一水平线上. ◆ 16 例2 [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、两个位移传感器，测量滑块与它的距离，测量滑块 与它的距离 .部分实验步骤如下： ①测量两个滑块的质量，分别为和 ； ②接通气源，调整气垫导轨水平； ③拨动两滑块，使、 均向右运动； ④导出传感器记录的数据，绘制、 随时 间变化的图像，分别如图乙、图丙所示. ◆ 17 回答以下问题： (1) 从图像可知两滑块在____ 时发生碰撞. 1.0 [解析] 图像的斜率表示速度，由题图乙和题图丙可知，两滑块的速 度在 时发生突变，即发生了碰撞. ◆ 18 (2) 滑块碰撞前的速度大小_____ (保留2位有效数字). 0.20 [解析] 图像斜率的绝对值表示速度大小，由题图丙可知，碰撞前瞬 间的速度大小 . ◆ 19 (3) 通过分析，得出质量为的滑块是___(选填“”或“ ”). [解析] 由题图乙可知，碰撞前的速度大小，碰撞后 的速 度大小，由题图丙可知，碰撞后的速度大小 ， 对和碰撞过程，由动量守恒定律有 ，解得 ,所以质量为的滑块是 . ◆ 20 验证动量守恒定律的方法很多，可以用气垫导轨还可以用等长悬线悬挂等 大的小球完成，用斜槽验证动量守恒定律是本实验主要的考查方式.随着 该部分由选考改为必考，相应出现了一些创新性实验. 创新角度 实验装置图 创新解读 实验原理 的创新 __________________________________________________ 1.利用斜面上的平抛运动获 得两球碰后的速度 2.利用对比性实验，体现了 实验的多样性和创新性 ◆ 21 创新角度 实验装置图 创新解读 实验过程 的创新 ______________________________________________________________________ 1.根据牛顿第二定律和匀变 速直线运动公式求速度 2.利用两车转移砝码获取三 组数据 续表 ◆ 22 创新角度 实验装置图 创新解读 实验器材 的创新 _____________________________________________________________________ 1.利用单摆求得重力加速度 2.再利用机械能守恒定律求 速度 3.利用平抛运动求速度 续表 ◆ 23 考向一 实验原理的创新 例3 [2024·重庆渝北区模拟] 为了验证碰撞中的动量 守恒，某同学选取两个体积相同、质量不等的小球， 记为小球1和小球2，按下述步骤做实验： ①按照如图所示，安装好实验装置，将斜槽 固定 在桌边，使槽的末端点的切线水平，将一长为 的 斜面固定在斜槽右侧，点在点正下方，点与 点等高； ◆ 24 ②用天平测出两个小球的质量分别为和 ； ③先不放小球2，让小球1从斜槽顶端 点处由 静止开始滚下，记下小球在斜面上的落点位置； ④将小球2放在斜槽末端点处，让小球1从斜槽 顶端 点处由静止滚下，使它们发生碰撞，记下小球1和小球2在斜面上的 落点位置； ⑤用毫米刻度尺量出各个落点位置到点的距离，图中、、 点是该同 学记下的小球在斜面上的落点位置，到点的距离分别为、、 . ◆ 25 (1) 小球的质量关系应为___(选填“ ”“ ”或“ ”) . [解析] 为了防止入射球碰后反弹，则小球1与2的质 量关系满足 . ◆ 26 (2) 小球1与2发生碰撞后，小球1的落点应是图中的 ___点. [解析] 小球1与2发生碰撞后，小球1的速度减小，因 此碰撞后小球1的落点应低于未碰撞时小球1的落点， 故碰撞后小球1的落点只能是点或 点.若碰撞后小 球1的落点是点，则碰撞前小球1的落点是点，则 点是碰撞后小球2的 落点，这与碰撞后小球1在小球2的后面、小球1的速度小于小球2的速度的 实际情况不符，故碰撞后小球1的落点应是图中的 点； ◆ 27 (3) 用测得的物理量来表示，只要满足关系式 _ ____________________________________，则说明碰撞中动量是守恒的. ◆ 28 [解析] 设落点所对应的水平速度分别为、、 ， 若碰撞过程中动量守恒，则 ，设 斜面与水平面的夹角为 ，则小球下落到 点的下落 高度为 ，小球下落到 点的所用时 间为，小球下落到 点的水平 位移为 ， ◆ 29 、 ，代入动量守恒公式可得 ，满足上式则 说明碰撞中动量是守恒的. ◆ 考向二 实验过程的创新 例4 [2024·辽宁大连模拟] 如图1所示，某实验小组用轨道和两辆相同规格 的小车验证动量守恒定律.已知小车在水平轨道上运动所受阻力正比于小 车重力，验证动量守恒定律实验步骤如下： ◆ 31 ①在小车上适当放置砝码，甲车与弹簧相连，乙车与弹簧不相连，分别测 量甲车(包括弹簧)总质量和乙车总质量 ； ②将卷尺固定在水平轨道侧面，零刻度线与水平轨道左端对齐.先不放乙 车，让甲车多次从倾斜轨道上挡板位置由静止释放，记录甲车停止后车尾 对应刻度，求出其平均值 ； ◆ 32 ③将乙车静止放在轨道上，设定每次开始碰撞位置如图2所示，此时甲车 车尾与水平轨道左端刚好对齐，测出甲车总长度 (含弹簧).在挡板位置由 静止释放甲车，记录甲车和乙车停止后车尾对应刻度，多次重复实验求出 其对应平均值和 ； ④改变小车上砝码个数，重复①、②、③步骤. ◆ 33 (1) 由图2得_____(选填“5”“5.0”或“5.00”) ； 5.00 [解析] 刻度尺估读到 ，甲车车尾与水平轨道左端刚好对齐，测出 甲车总长度(含弹簧)为 . ◆ 34 (2) 若本实验所测的物理量符合关系式____________________________ (用所测物理量的字母、、、、、 表示)，则验证了小车碰撞 前后动量守恒； ◆ 35 [解析] 小车在水平轨道上运动所受阻力正比于小车重力，即 ， 根据牛顿第二定律，可得 ，根据甲车停止后车尾对应刻度，求 出其平均值，则甲的初速度为 ，由挡板位置静止 释放甲车，记录甲车和乙车停止后车尾对应刻度，多次重复实验求出其对 应平均值和，则碰后的速度为 ， ，若碰撞过程满足动量守恒，则有 ，可得 . ◆ 36 (3) 某同学先把4个 的砝码全部放在甲车上，然后通过逐次向乙车转移 一个砝码的方法来改变两车质量进行实验，若每组质量只采集一组位置数 据，且碰撞后甲车不反向运动，则该同学最多能采集___组有效数据； 3 [解析] 两辆相同规格的小车，即质量相同，而甲车上装上砝码后与乙车碰 撞，为了防止反弹，需要甲的总质量大于乙的质量，则最多能够转移2个砝 码，算上最开始4个砝码在甲车上的一组数据，共可以获得3组碰撞数据. ◆ 37 (4) 实验小组通过分析实验数据发现，碰撞前瞬间甲车的动量总是比碰撞 后瞬间两车的总动量略大，原因是___ A.两车间相互作用力冲量大小不等 B.水平轨道没有调平，右侧略微偏低 C.碰撞过程中弹簧上有机械能损失 D.碰撞过程中阻力对两小车总冲量不为零 √ ◆ 38 [解析] 碰撞前瞬间甲车的动量总是比碰撞后瞬间两车的总动量略大，则 碰撞过程有外力作用，碰撞过程中阻力对两小车有冲量，即碰撞过程中阻 力对两小车总冲量不为零，故选D. ◆ 39 考向三 实验器材的创新 例5 [2024·湖北襄阳模拟] 某物理学习小组设计 了如图所示的实验装置，测定重力加速度，验证 动量守恒定律. (1)将小球 静止悬挂，使其轻触桌面与桌面无作 用力，测量悬点到球心的距离为 . ◆ 40 (2) 桌上不放球，用手将 球拉开一个小角度 后释放，小球过最低点开始计时并计数为0，直 到小球第次通过最低点测得所用时间为 ，则 单摆的周期 ___，利用单摆的周期公式求得 重力加速度_ _____.(用、、 表示) [解析] 单摆的周期为，根据单摆的周期公式 ，解得 . ◆ 41 (3) 用天平测出、两球的质量、 ，将小球 放在水平桌面边缘，把球向左拉开角度 后释 放，碰撞后向左摆起的最大角度为 .小球 落在 水平地面点，测出桌面边缘离地的高度为 ， .计算出球碰前的速度大小为，碰后的速度大小为， 球碰后 的速度大小为 ，则： ① ________________、 ________________、_ _____； (用、、 、、 、 表示) ◆ 42 [解析] 根据机械能守恒定律有 ，解得 ；根据机械能守恒定律有 ，解得 ； 根据平抛运动公式有、 ，解得 . ◆ ② 若满足关系式______________________ (用、、、、 表 示)，则、 两球碰撞过程中动量守恒. [解析] 根据动量守恒定律有 ，若满足关系式 ，则、 两球碰撞过程中 动量守恒. ◆ 44 (1)调节导轨水平. (2) 测得两滑块的质量分别为和 .要使碰撞后两滑块运动方向相反，应选取质量为________的滑块作为 . 1.利用如图所示的实验装置对碰撞过程进行研究.让质量为的滑块 与 质量为的静止滑块 在水平气垫导轨上发生碰撞，碰撞时间极短，比较碰撞后和的速度大小和 ，进而分析碰撞过程是否为弹性碰撞.完成下列填空： [解析] 用质量较小的滑块碰撞质量较大的滑块，碰后运动方向可能相反， 故选的滑块作为 . ◆ 45 (3)调节的位置，使得与接触时，的左端到左边挡板的距离与 的 右端到右边挡板的距离 相等. (4)使以一定的初速度沿气垫导轨运动，并与碰撞，分别用传感器记录 和从碰撞时刻开始到各自撞到挡板所用的时间和 . ◆ 46 (5)将放回到碰撞前的位置.改变 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 0.49 0.67 1.01 1.22 1.39 0.15 0.21 0.33 0.40 0.46 0.31 0.33 0.33 0.33 (6) 表中的 _____(保留2位有效 数字). 0.31 [解析] 由于两段位移大小相等，根据表中的数据可得 . ◆ 47 (7) 的平均值为_____(保留2位有效数字). 0.32 [解析] 平均值为 . ◆ 48 [解析] 弹性碰撞时满足动量守恒和机械能守恒，可得 ， ，联立解得 ，代入数据可得 . (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________(用和 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，则可认为滑块与滑块 在导轨上的碰撞为弹性碰撞. 0.34 ◆ 49 2.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，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： ①用天平测出两个小球的质量(分别为和 ，且 ). ②按照如图所示的那样，安装好实验装置.将斜槽固定在桌上，使槽的末 端处的切线水平，将一斜面 连接在斜槽末端. ③先不放质量为的小球，让质量为的小球从斜槽顶端 处由静止开 始滚下，记下小球在斜面上的落点位置. ◆ 50 ④将质量为 的小球放在斜槽末端边缘处，让质量为 的小球从斜槽顶端 处由静止开始滚下，使它们发生 碰撞，记下两小球在斜面上的落点位置. ⑤用毫米刻度尺量出各个落点位置到斜槽末端点 的 距离，图中、、 点是该同学记下的小球在斜面上 的几个落点位置，到点的距离分别为、、 . (1) 两小球发生碰撞后，质量为的小球落点是图中的___点，质量为 的小球落点是图中的____点. (2) 用测得的物理量来表示，只要满足关系式_________________________ ______，则说明碰撞中动量守恒. ◆ 51 (3) 用测得的物理量来表示，只要再满足关系式 _____________________，则说明两小球的碰撞是弹性碰撞. ◆ 52 [解析] 由题意可知，碰撞后，质量为的小球落点 是图中的 点，质量为的小球落点是图中的点. 设斜面的倾角为 ，小球从斜面顶端平抛落到斜 面上，抛出点和落点距离为 ，由平抛运动的知识可知， ，，可得 ，由 于、 都是恒量，所以， ，所以动量守恒的表达式可以化 简为 ，机械能守恒的表达式可以化简为 . ◆ 53 3.如图甲所示，冲击摆是一个用细线悬挂着的摆块，弹丸击中摆块时陷入 摆块内，使摆块摆至某一高度，利用这种装置可以测出弹丸的发射速度. 实验步骤如下： ①用天平测出弹丸的质量和摆块的质量 ； ◆ 54 ②将实验装置水平放在桌子上，调节细线的长度，使弹丸恰好能射入摆块 内，并使摆块摆动平稳，同时用刻度尺测出摆长； ③让摆块静止在平衡位置，扳动弹簧枪的扳机，把弹丸射入摆块内，摆块 和弹丸推动指针一起摆动，记下指针的最大偏角 ； ④多次重复步骤③，记录指针最大偏角的平均值； ⑤换不同挡位测量，并将结果填入下表. ◆ 挡位 低速挡 中速挡 高速挡 平均最大偏角 度 15.7 19.1 弹丸质量 摆块质量 摆长 0.270 0.270 0.270 弹丸的速度 5.03 6.11 7.15 ◆ 完成下列填空： (1) 现测得高速挡指针最大偏角如图乙所示，请将表中数据补充完整 _____________________ . 均可 [解析] 分度值为 ，故读数为 . ◆ 57 (2) 用上述测量的物理量表示发射弹丸的速度 ___________________. (已知重力加速度为 ) [解析] 弹丸射入摆块内，由系统动量守恒有 ，摆块向上 摆动，由机械能守恒定律得 ，联立 解得 . ◆ 58 (3) 为减小实验误差，每次实验前，并不是将指针置于竖直方向的零刻度 处，常常需要试射并记下各挡对应的最大指针偏角，每次正式射击前，应 预置指针，使其偏角略小于该挡的最大偏角.请写出这样做的一个理由： ________________________________________. 较大的速度碰撞指针，会损失较多的机械能 [解析] 较大的速度碰撞指针，会损失较多的机械能(其他理由，如“摆块在 推动指针偏转时要克服摩擦力做功”“指针摆动较长的距离损失的机械能较 多”等，只要合理即可). ◆ 59 $