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，覆盖教材原型实验（如斜槽滚球、气垫导轨滑块碰撞）与创新拓展实验（如弹簧碰撞、光电门测速）两大高考核心考点，依据高考评价体系分析考点权重，其中教材原型实验占60%、创新实验占40%，归纳动量守恒表达式验证、速度测量等常考题型，体现备考针对性。 课件亮点在于“真题溯源+实验建模+误差分析”，以2024新课标卷第22题为例，运用科学思维中的科学推理推导平抛运动中水平位移替代速度的原理，通过科学探究中的数据处理方法（如光电门时间计算速度）突破“碰撞后速度测量”易错点，帮助学生掌握实验设计与论证技巧，教师可据此开展分层教学，提升高考冲刺阶段复习效率。

实验八　验证动量守恒定律 第六章　动量守恒定律 实验原理:在一维碰撞中,测出物体的质量m和碰撞前后物体的速度v、v',确定碰撞前的动量p=m1v1+m2v2及碰撞后的动量p'=m1v1'+m2v2',验证碰撞前后的动量是否守恒。 方案一:研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 1.实验操作 (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。 (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(①改变滑块的质量;②改变滑块的初速度大小和方向)。 2.数据处理 (1)滑块的速度:v=,式中Δx为滑块挡光片的宽度,Δt为光电计时器显示的滑块(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:利用两辆小车完成一维碰撞实验 1.实验操作 (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。 (3)实验:小车B静止,接通电源,让小车A运动,碰撞时撞针插入橡皮泥中,两小车连接成一个整体运动(①改变小车A的初速度;②改变两小车的质量)。 2.数据处理 (1)小车的速度:通过纸带上两计数点间的距离及 时间,由v=计算。 (2)验证的表达式:m1v1=(m1+m2)v2。 目录 方案三:利用斜槽滚球验证动量守恒定律 1.实验操作 (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:按照如图所示安装实验装置,调整固定槽使斜槽末端水平。 (3)铺纸:白纸在下,复写纸在上且在适当位置铺放好。记下重垂线所指的位置O。 (4)单球找点: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落下,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P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同一高度由静止滚下,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M和被撞小球落点的平均位置N,如图所示。改变入射小球的释放高度,重复实验。 2.数据处理 (1)小球的水平射程:连接ON,测量线段OP、OM、ON的长度。 (2)验证的表达式:m1·OP=m1·OM+m2·ON。 目录 考点 1 考点二　创新拓展实验 考点一　教材原型实验 目录 4 例1 (2024·新课标卷,22)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,轨道末端水平,右侧端点在水平木板上的垂直投影为O,木板上叠放着白纸和复写纸。实验时先将小球a从斜槽轨道上Q处由静止释放,a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P与O点的距离xP。将与a半径相等的小球b置于轨道右侧端点,再将小球a从Q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a、b两球落点的平均位置M、N与O点的距离xM、xN。 考点一　教材原型实验 目录 考点 完成下列填空: (1)记a、b两球的质量分别为ma、mb,实验中须满足条件ma_____________mb(选填“>”或“<”)。  答案　>　 解析　 为保证碰撞后a球不反弹,应满足ma>mb。 目录 考点 (2)如果测得的xP、xM、xN,ma和mb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O点的距离来代替小球水平飞出时的速度。依据是_________________________________________ ___________________________________________。  答案　maxP=maxM+mbxN　见解析 解析　如果满足动量守恒定律,则在实验误差范围内满足关系式mavP=mavM+mbvN,小球离开轨道后做平抛运动,由于小球抛出点的高度相等,它们每次在空中做平抛运动的时间相等,小球的水平位移与小球的初速度成正比,可以用小球的水平位移代替其初速度,即满足关系式maxP=maxM+mbxN。 目录 考点 例2 某小组用如图所示的装置验证动量守恒定律。 (1)关于橡皮泥在本实验中的作用,下列说法正确的是________________。  A.改变小车的质量 B.在两车碰撞时起到缓冲作用,防止撞坏小车 C.若在两个小车的碰撞端分别贴上尼龙搭扣(魔术贴),可起到相同的作用 解析　在碰撞过程中,橡皮泥在本实验中的作用是使碰撞后两车粘连在一起,故C正确。 答案　C　 目录 考点 (2)关于实验的操作,下列说法正确的是____________。  A.实验前应微调木板的倾斜程度,使小车P能静止在木板上 B.接通打点计时器电源后,应将小车P由静止释放 C.与小车P碰撞前,小车Q应静止在木板上的适当位置 D.加砝码以改变小车质量再次实验,必须再次调整木板倾角 目录 考点 解析　实验前应微调木板的倾斜程度平衡摩擦力,使小车P能在木板上做匀速直线运动,故A错误;接通打点计时器电源后,小车P匀速运动,故释放时需有一定的初速度,故B错误;与小车P碰撞前,小车Q应静止在木板上,保证碰撞前速度为0,且位置要适当,保证可以测量出小车P的碰前速度和小车P、Q粘连后的速度,故C正确;加砝码以改变小车质量再次实验,不需要再次调整木板倾角,故D错误。 答案　C 目录 考点 (3)打点计时器每隔0.02 s打一次点,实验得到的一条纸带如图乙所示,已将各计数点之间的距离标在图上。则小车P碰撞前的速度为________________ m/s(计算结果保留3位有效数字)。  解析　碰撞前小车P的速度应该选择BC段求平均速度,则 v==×10-2 m/s≈1.63 m/s。 答案　1.63 目录 考点 (4)测得小车P的总质量为m1,小车Q的总质量为m2,图乙中AB、BC、CD、DE四段长度分别为x1、x2、x3、x4,为了验证动量守恒定律,需要验证的表达式是________________________________(用题中所给物理量符号表示)。  解析　x4为碰撞后二者一起运动的距离,则根据动量守恒定律可得m1v=(m1+m2)v' 其中v=,v'= 联立解得m1x2=(m1+m2)x4。 答案　m1x2=(m1+m2)x4　  目录 考点 (5)某同学发现系统碰后动量的测量值总是大于碰前动量的测量值,可能的原因是________________________________________________________________________________(写出一条即可)。  解析　若系统碰后动量的测量值总是大于碰前动量的测量值,则说明碰撞前Q不是处于静止状态,故碰前小车Q具有沿轨道向下的速度。 答案　木板倾角过大(碰前小车Q具有沿轨道向下的速度) 目录 考点 例3 (2025·山东烟台模拟)如图所示,在水平平台上静止放置一轻弹簧,弹簧左端与固定竖直挡板拴接,弹簧处于原长时标记右端对应平台台面上的O点,在O点右侧的A处固定一个光电门。已知水平平台摩擦很小可忽略不计,当地重力加速度为g。某同学利用该装置进行“验证动量守恒定律”实验,具体步骤如下: 考点二　创新拓展实验 ①在小滑块a上固定一个宽度为d的挡光片; ②用天平分别测出小滑块a和b的质量ma、mb; ③使小滑块a向左压缩轻弹簧到某一位置O1, 标记该位置后,由静止释放小滑块a,a瞬间被 弹开后沿平台向右运动,经过光电门后与另一 小滑块b发生正碰,碰后两滑块先后从平台边缘 飞出,分别落在水平地面的B、C点; 目录 考点 ④记录小滑块a通过光电门时挡光片的遮光时间t; ⑤用刻度尺测出O、O1之间的距离l、平台距水平地面的高度h及平台边缘铅垂线分别与B、C点之间的水平距离sb、sa; ⑥改变弹簧压缩量,进行多次测量。 (1)若满足表达式_______________________________________(用题目中给定的字母表示),则说明小滑块a、b正碰过程动量守恒;  目录 考点 解析　小滑块a到达光电门的速度为v= 之后滑块a与滑块b发生碰撞,碰后两滑块将做 平抛运动,竖直方向有h=gt2 水平方向有s=v't 整理有v'= 所以平抛运动时,滑块a的初速度为 va=sa 目录 考点 滑块b的速度为vb=sb 若a、b正碰过程动量守恒,有mav=mava+mbvb 整理得=masa+mbsb。 答案　=masa+mbsb 目录 考点 (2)该同学利用图像分析O、O1之间的距离l与小滑块a通过光电门时挡光片的遮光时间t之间的数值关系,利用描点法作出如图乙所示的图线是一条过原点的直线,该图像纵轴表示l,则横轴表示________________(选填“t”“”或“”)。若该图像的斜率为c,则由图乙可求得该轻弹簧的劲度系数k=____________(弹簧的弹性势能可表示为Ep=kx2,其中k为弹簧的劲度系数,x为弹簧的形变量)。  目录 考点 解析　由题意可知,l为弹簧的形变量,结合题意可知, 弹簧的弹性势能为Ep=kl2 由能量守恒定律有Ep=mav2=ma 整理有l=d· 所以图像的横坐标为 由上述分析可知,图像的斜率为c=d 整理有k=。 答案　　 目录 考点 例4 (2025·湖南衡阳模拟)为了验证碰撞中的动量守恒定律,某同学采用如图所示的装置进行了实验: ①安装实验装置,将斜面固定在水平桌边O,小球B放在桌子边缘,水平桌面上固定轻弹簧,A球将弹簧压缩到位置K处; ②实验中,经过多次从同一位置K由静止释放入射小球A,在记录纸上找到了未放被碰小球B时,入射小球A的平均落点P,以及A球与B球碰撞后,A、B两球平均落点位置M、N,并测得它们到抛出点O的距离分别为OP、OM、ON。 目录 考点 (1)若入射小球的质量为m1,半径为r1;被碰小球的质量为m2,半径为r2,则要求________________(填字母序号)。  A.m1>m2,r1>r2 B.m1>m2,r1<r2 C.m1>m2,r1=r2 D.m1<m2,r1=r2 答案　C　 解析　为了防止入射球碰后反弹,且两小球发生对心正碰,一定要保证入射球的质量大于被碰球的质量,即m1>m2;两球半径相等,即r1=r2。故C正确。 目录 考点 (2)水平桌面____________光滑,两球的质量____________测量(均填“必须”或“不必”)。  答案　不必　必须 解析　必须保证每次压缩弹簧到同一位置,不管水平桌面是否光滑,A球运动到水平桌边时,速度都相同。 要验证动量守恒定律,必须测量两球质量。 目录 考点 (3)如果A、B两球在碰撞过程中动量守恒,则m1、m2、OP、OM、ON之间需满足的关系式是________________________________________。  解析　不放被碰小球时,小球落在P点,设斜面倾角为α,由平抛运动规律得 OPsin α=gt2,OPcos α=v1t 解得v1= 目录 考点 同理可解得v1'= v2= 所以只要满足m1v1=m1v1'+m2v2' 即m1=m1+m2 则说明两球碰撞过程中动量守恒。 答案　m1=m1+m2 目录 考点 限时作业 2 目录 1.(2025·湖北黄石高三期末)用如图甲所示的装置,来验证碰撞过程中的动量守恒。图中PQ是斜槽,QR为水平槽,O点为水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点,A、B两球的质量之比mA∶mB=3∶1。先使A球从斜槽上固定位置G由静止释放,在水平地面的记录纸上留下落点痕迹,重复10次,得到10个落点。再把B球放在水平槽上的末端R处,让A球仍从位置G由静止释放,与B球碰撞,碰后A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹,重复10次。A、B两球在记录纸上留下的落点痕迹如图乙所示,其中米尺的零点与O点对齐。 01 02 03 04 05 06 目录 限时作业 (1)碰撞后A球的水平射程应取______________ cm。  (2)本实验巧妙地利用小球飞行的水平距离表示小球的水平速度。下面的实验条件中,不能使小球飞行的水平距离表示为水平速度的是________________。  A.使A、B两小球的质量之比改变为5∶1 B.升高固定点G的位置 C.使A、B两小球的直径之比改变为1∶3 D.升高桌面的高度,即升高R点距地面的高度 01 02 03 04 05 06 目录 限时作业 (3)利用此次实验中测得的数据,在误差允许的范围内满足表达式________________________________,则说明碰撞过程动量守恒。  答案　(1)14.48(14.46~14.49)　(2)C (3)mA·OP=mA·OM+mB·ON 解析　(1)A小球和B小球相撞后,B小球的速度增大,A小球的速度减小,碰撞前后都做平抛运动,高度相同,所以运动时间相同,所以速度大的水平位移就大,而碰后A的速度小于B的速度,所以碰撞后A球的落地点距离O点最近,所以碰撞后A球的水平射程应取14.48 cm。 01 02 03 04 05 06 目录 限时作业 (2)只有当两小球均做平抛运动时才能用水平位移表示水平速度,改变小球的质量比、升高固定点G的位置、升高桌面的高度,小球碰撞后仍然做平抛运动,可以用小球飞行的水平距离表示水平速度,故A、B、D错误;使A、B两小球的直径之比改变为1∶3,小球的球心不在同一高度,碰撞后小球的速度不在水平方向,不能做平抛运动,不可以用小球飞行的水平距离表示水平速度,故C正确。 01 02 03 04 05 06 目录 限时作业 (3)碰撞前A球做平抛运动的水平位移为OP,碰撞后A球做平抛运动的水平位移为OM,碰撞后B球做平抛运动的水平位移为ON,又平抛运动过程中下落高度相同,故下落时间相同,设运动的时间为t,则碰撞前的动量为mA,碰撞后总动量为mA+mB,若碰撞过程动量守恒,则有mA·=mA·+mB·,整理得mA·OP=mA·OM+mB·ON。 01 02 03 04 05 06 目录 限时作业 2.(2025·河北沧州模拟)用如图甲所示的实验装置来验证动量守恒定律。水平导轨上有两个静止的小车A和B,小车A上方装有遮光片,前方固定撞针,小车B后方固定橡皮泥。轻推小车A,小车A经过光电门1后,与静止的小车B碰撞,然后两小车一起再通过光电门2。光电门会分别记录下遮光片的挡光时间。 (1)用游标卡尺测量遮光片的宽度d,结果如图乙所示,则遮光片的宽度d=____________________ mm。  01 02 03 04 05 06 目录 限时作业 (2)若某次实验中,光电门1记录的遮光时间t1=0.015 s,光电门2记录的遮光时间t2=0.032 s,小车A(含撞针、遮光片)的总质量为203 g,小车B(含橡皮泥)的总质量为202 g,则两小车碰撞前,小车A通过光电门1的速度大小v1=____________________ m/s,碰撞后两小车的总动量大小p2=____________________ kg·m/s(结果均保留2位有效数字)。  01 02 03 04 05 06 目录 限时作业 (3)为了减小实验误差,两个光电门放置的位置应适当____________________(选填“靠近”或“远离”)一些。  答案　(1)4.35　(2)0.29　0.055　(3)靠近 解析　(1)遮光片的宽度 d=4 mm+7×0.05 mm=4.35 mm。 (2)小车A通过光电门1的速度大小 v1===0.29 m/s 两小车一起通过光电门2的速度大小v2= 01 02 03 04 05 06 目录 限时作业 两小车的总动量大小 p2=(mA+mB)v2= kg·m/s ≈0.055 kg·m/s。 (3)由于导轨和小车之间有摩擦,为了保证遮光片通过光电门时的速度为碰撞前后的瞬时速度,两光电门放置的位置应适当靠近一些。 01 02 03 04 05 06 目录 限时作业 3.(2024·山东卷,13)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; 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。 01 02 03 04 05 06 目录 限时作业 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________________(选填“A”或“B”)。  01 02 03 04 05 06 目录 限时作业 答案　(1)1.0　(2)0.20　(3)B 解析　(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,即发生了碰撞。 (2)由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 v= cm/s=0.20 m/s。 01 02 03 04 05 06 目录 限时作业 (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v'=0.50 m/s,对A和B的碰撞过程由动量守恒定律有mAvA+mBv=mAvA'+mBv',代入数据解得≈2,所以质量为200.0 g的滑块是B。 01 02 03 04 05 06 目录 限时作业 4.(2025·山东德州模拟)小李同学在“验证动量守恒定律时”,设计了如下实验: ①安装斜槽轨道和水平凹槽轨道,让斜槽末端水平且与水平凹槽良好对接; ②取大小相等、质量分别是m1、m2(m1>m2)的小球a、b; ③让小球a从斜槽轨道上H高度处无初速度释放,记录小球a在水平轨道停下的位置A点; ④在水平轨道上O点放置一个同样大小的小球b,让a球仍从H高度处释放,分别记录a、b两球碰完后停下的位置B、C; ⑤用刻度尺测量OA、OB、OC的距离x1,x2,x3。 01 02 03 04 05 06 目录 限时作业 (1)请写出动量守恒的表达式____________________________________ (用题目所给字母表示)  (2)若小球a的质量小于小球b的质量,________________(选填“能”或“不能”)满足动量守恒,若碰完后a球回到圆弧轨道上,________________(选填“能”或“不能”)完成实验验证。  (3)若碰撞是弹性碰撞,需满足条件____________________________________________。  01 02 03 04 05 06 目录 限时作业 答案　(1)m1=m1+m2 (2)能　不能　(3)m1x1=m1x2+m2x3 解析　(1)根据动能定理m1=μm1x1 m1v1'2=μm1x2,m2=μm2x3 根据动量守恒定律m1v1=m1v1'+m2v2 联立得m1=m1+m2。 01 02 03 04 05 06 目录 限时作业 (2)若小球a的质量小于小球b的质量,能满足动量守恒,若碰完后a球回到圆弧轨道上,因轨道有摩擦力,小球再次回到水平面的速度会变小,碰后瞬间水平方向速度无法测出,不能完成实验验证。 (3)若碰撞是弹性碰撞,由能量守恒定律有 m1+m1v1'2=m2 结合m1=μm1x1 m1v1'2=μm1x2 m2=μm2x3 得m1x1=m1x2+m2x3。 01 02 03 04 05 06 目录 限时作业 5.(2024·湖北武汉模拟)用如图所示的装置验证碰撞中的动量守恒。小球a用不可伸长的细线悬挂起来,直径相同的小球b放置在光滑支撑杆上。细线自然下垂时两球恰好相切,球心位于同一水平线上。已知重力加速度为g。实验的主要步骤及需解答的问题如下: (1)测量出悬点到小球a球心的距离L,小球a、b的质量分别为m1、m2。 (2)将小球a向左拉起使其悬线与竖直方向的夹角为θ1时由静止释放,与小球b发生对心碰撞后球a反弹,球b做平抛运动,测得小球a向左摆到最高点时其悬线与竖直方向的夹角为θ2。则:小球a、b的质量大小需满足m1________________m2(选填“>”“<”或“=”)。  01 02 03 04 05 06 目录 限时作业 (3)测量出碰撞后小球b做平抛运动的水平位移x, 竖直下落高度h,可知碰撞后小球b的速度大小vb= ________________。  (4)若该碰撞中的总动量守恒,则需满足的表达式为 ________________________________________________________________________________(用题中所给和测量的物理量表示)。  (5)碰撞中的恢复系数定义为e=,其中v10、v20分别是碰撞前两物体的速度,v1、v2分别是碰撞后两物体的速度,则本次实验中碰撞恢复系数的表达式为e=___________________________________(用题中所给和测量的物理量表示)。  01 02 03 04 05 06 目录 限时作业 答案　(2)<　 (3)x (4)2m1(+)=m2x　(5) 解析　(2)实验中需要碰撞后小球a反弹,所以小球a、b的质量大小需满足m1<m2。 (3)小球b做平抛运动,则有x=vbt,h=gt2 联立解得vb=x。 01 02 03 04 05 06 目录 限时作业 (4)碰撞前小球a摆动过程中,由机械能守恒定律可得 m1gL(1-cos θ1)=m1 解得va= 同理,碰撞后小球a摆动过程中,由机械能守恒定律可得 m1gL(1-cos θ2)=m1va'2 解得va'= 若该碰撞中的总动量守恒,则有m1va=-m1va'+m2vb 联立解得2m1(+)=m2x 01 02 03 04 05 06 目录 限时作业 (5)本次实验中碰撞恢复系数的表达式为 e=。 01 02 03 04 05 06 目录 限时作业 6.(2025·河南郑州模拟)小明同学利用图甲的实验装置验证动量守恒定律。在长木板上安装光电门Ⅰ和Ⅱ,A、B为材料相同、带有等宽遮光条的滑块,A、B的质量分别为m1、m2,让滑块A与静止的滑块B在斜面上发生碰撞,碰撞时间极短,然后通过光电门对滑块进行测速,进而验证动量守恒定律并判断碰撞是否为弹性碰撞,请完成下列填空: (1)用游标卡尺测量遮光条的宽度d时,游标卡尺的示数如图乙所示,则d=________________ mm。  01 02 03 04 05 06 目录 限时作业 将长木板一端垫高,调整长木板与水平面的夹角,轻推滑块直到经过两光电门的时间相同。 (2)某次实验中,滑块A通过光电门Ⅰ时的挡光时间为t1,则滑块A过光电门Ⅰ的速度为________________(用相应的物理量符号表示),滑块A、B碰撞后通过光电门Ⅱ的挡光时间分别为t1'、t2。  (3)若要验证动量守恒定律,需要验证__________________与_________________在误差允许范围内是否相等(用m1、m2、t1、t1'和t2表示)。  01 02 03 04 05 06 目录 限时作业 (4)判断是否为弹性碰撞可由碰后A、B两滑块的速度之比判断。若=________________(用m1和m2表示),则可认为滑块A与B的碰撞为弹性碰撞。  答案　(1)5.00　(2)　(3)　+ (4) 解析　(1)遮光条的宽度为d=5 mm+0×0.05 mm=5.00 mm。 (2)根据速度定义式可知滑块A经过光电门Ⅰ时的速度为v1=。 01 02 03 04 05 06 目录 限时作业 (3)碰撞后A、B两滑块的速度分别为 ,碰前A的动量为pA=m1 碰后系统动量为pA'+pB=m1+m2 若pA=pA'+pB 即=+ 即可验证动量守恒定律。 01 02 03 04 05 06 目录 限时作业 (4)若两滑块的碰撞为弹性碰撞,则需满足动量守恒与机械能守恒,有 m1v1=m1vA+m2vB m1=m1+m2 解得vA=v1,vB=v1 所以=。 01 02 03 04 05 06 目录 限时作业 $