第1章 4 实验：验证动量守恒定律（Word教参）-【精讲精练】2025-2026学年高中物理选择性必修第一册（人教版）江苏专版

4　实验：验证动量守恒定律

[学业要求与核心素养]

[对应学生用书P15]

一、实验思路

1．我们可以创设怎样的符合动量守恒定律的情景？该系统如何满足动量守恒的条件？

答　见教材

2．为验证动量守恒定律，设定的情景中，需要测量哪些物理量？

答　见教材

二、实验方案

方案1　利用气垫导轨结合光电门进行实验探究

阅读课本根据图1.4-1，理解验证动量守恒定律的情景、系统、如何满足系统动量守恒条件及所需物理量的测量方法。

方案2　利用斜槽上滚下的小球结合平抛运动进行的实验探究

根据教材图1.4-5分析：

(1)若不测量速度的具体数值，能否验证动量守恒？

答　做平抛运动的小球落到地面，它们的下落高度相同，飞行时间也就相同。因此，小球碰撞后的速度之比就等于它们落地时飞行的水平距离之比。

(2)实验装置中重垂线起什么作用？

答　确定斜槽末端的投影点。

(3)如何记录并测量小球飞出的水平距离？

答　落点到投影点的距离。

三、进行实验

不论哪种方案，实验过程均可按实验方案合理安排，参考步骤如下：

1．用天平测出相关质量。

2．安装实验装置。

3．使物体发生一维碰撞，测量或读出相关物理量，计算相关速度。

4．改变碰撞条件，重复实验。

5．通过数据进行分析处理，找出碰撞中的不变量。

6．整理器材，结束实验。

四、数据分析

1．由实验记录的数据，计算碰撞前系统的总动量p＝m1v1＋m2v2和碰撞后系统的总动量p′＝m1v1′＋m2v2′。

2．比较p与p′在实验误差允许的范围内是否相等。

五、注意事项

1．前提条件：碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”。

2．方案提醒

(1)若利用气垫导轨进行实验，调整气垫导轨时，注意利用水平仪确保导轨水平。

(2)利用平抛运动进行实验，斜槽末端必须水平，且小球每次要从斜槽上同一位置由静止滚下；入射小球质量要大于被碰小球质量。

[对应学生用书P16]

探究点一　实验操作与数据处理

　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接通光电计时器；

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读出滑块通过两个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测出挡光片的宽度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；滑块2的速度v3为__________ m/s。(结果均保留2位有效数字)

③碰撞之前，两物体的总动量为______kg·m/s。

碰撞之后，两物体的总动量为______kg·m/s。

由此可知两物体碰撞前后系统的总动量______。

[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相碰之前p1＝m1v1＝0.15 kg·m/s，

相碰之后p2＝m1v2＋m2v3＝0.15 kg·m/s，

所以碰撞前后系统的总动量守恒。

[答案]　(2)①见解析　②0.50　0.10　0.60  ③0.15　0.15　守恒

　(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)关于本实验，下列做法正确的是____________(多选，填选项前的字母)。

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

(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