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

该高中物理课件聚焦“验证动量守恒定律”实验，先复习动量守恒的理想、实际、近似及单向条件，通过“生活中何种过程满足动量守恒”的问题引导，以碰撞过程为学习支架，衔接理论与实验探究。 其亮点在于采用气垫导轨光电门法和斜槽小球平抛替代法双实验方案，注重科学探究（实验设计、数据处理）与科学思维（模型建构、推理），如斜槽方案利用平抛规律简化速度测量推导表达式。课堂小结结构化梳理实验思路、测量与方案，助力学生提升实验能力，为教师提供详实教学资源。

第一章 动量守恒定律 4 实验：验证动量守恒定律 授课教师：XXX 人教版（2019）高中物理（选择性必修一） 复习 1.内容: 如果一个系统不受外力，或者所受外力的矢量和为0，无论这一系统的内部发生了何种形式的相互作用这个系统的总动量保持不变。 ①系统不受外力(理想条件); ②系统受到外力，但外力的合力为零(实际条件); 2.动量守恒的条件： ③系统所受外力合力不为零，但系统内力远大于外力（如碰撞、爆炸等）， 外力相对来说可以忽略不计，因而系统动量近似守恒(近似条件）; ④系统某一方向不受外力或所受外力的矢量和为零，则该方向动量守恒（单向条件） 问题：生活中什么样的过程可以尽可能的满足动量守恒的条件？ 碰撞过程——尽管生活中碰撞的物体所受合外力不能为零，但在这一过程中往往内力远大于外力，我们可以近似认为碰撞满足动量守恒定律的条件。为了实验简单，选择一维碰撞。   A B m1 m2 m1 m2 m1 m2 A B 一、实验思路 1.根据动量守恒定律的表达式：m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'，实验中我们需要测量哪些物理量？ （1）测量物体的质量：m1和m2 （2）测量物体碰撞前后的速度：v1、v2、v1'、v2' 2.如何测两个物体的质量？ 天平直接测量 3.如何测量物体碰撞前后的速度？根据你所学以往知识能说出几种？ （1）利用打点计时器（频闪照相）测速 （2）利用光电门测速 （3）利用不同的运动测速（平抛、摆球） 二、物理量的测量 实验器材 三、实验方案一：用气垫导轨研究碰撞时的动量守恒 不同碰撞情况 弹性碰撞架 （1）气垫导轨是否需要调成水平？如果需要，又怎么判断？ （2）如果物体碰撞后的速度方向与原来的方向相反，应该怎样记录？ 需要，保证系统合外力为零。 滑块在气垫导轨上保持静止或匀速直线运动。 可以在记录数据时通过添加负号的形式标注。 思考与讨论 三、实验方案一：用气垫导轨研究碰撞时的动量守恒 (1)用天平测量两滑块的质量m1、m2。 (2)安装光电门，使两个光电门之间的距离约为50cm。 (3)导轨通气后，调节气垫导轨水平，使滑块在气垫导轨上保持不动或匀速直线运动。 (4)使两滑块依次发生上图三种碰撞情况，记录光电门数据。 (5)改变滑块质量，重复步骤(4)。 (6)整理实验仪器，数据处理。 实验步骤 三、实验方案一：用气垫导轨研究碰撞时的动量守恒 质量不同的弹性碰撞 三、实验方案一：用气垫导轨研究碰撞时的动量守恒 运动滑块A撞击静止滑块B 两静止滑块被弹簧弹开，一个向左，一个向右 m1v1=m1·v2+m2v3 m1v1=(m1+m2)v共 0=m1v1-m2v2 运动滑块A撞击静止滑块B，撞后两者粘在一起 实验结论 在实验误差允许范围内，满足上述表达式，碰撞前后两滑块动量守恒。 思考：一定要根据v=将速度算出来吗？ 三、实验方案一：用气垫导轨研究碰撞时的动量守恒 数据记录与处理 （1）本实验通过什么原理测量两个小球碰撞前后的速度？ （2）对于斜槽的放置有无要求？ 思考 利用平抛运动规律来求小球碰撞前后的速度 斜槽的末端需要水平。 四、实验方案二：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 实验器材 （5）一次碰撞中小球的落点误差较大，怎么操作可以减小实验误差？ 获取多次数据取平均落点 （6）若要获取多组数据求平均落点，对入射小球的释放位置有无要求？ 入射小球从同一高度滚下 用尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面,圆心即为小球平均落点 四、实验方案二：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 思考 通过小铅锤将斜槽末端在纸上的投影记为平抛运动的起点O （3）两个小球的大小与质量有无要求？ （4）实验装置中的小铅锤起到什么作用？ 两小球大小相等；m1＞m2 (2)安装实验装置，调整斜槽，使斜槽末端水平，即在水平槽上放置小球，小球能够保持静止，说明槽口末端水平。 (1)用天平测出小球质量m1、m2 ，选定质量大的小球为入射小球。 (3)在水平地面上适当位置铺放白纸， 在白纸上铺放复写纸，记下铅垂线所指的位置O。 m1 O P (4)不放被碰小球，让入射小球从斜槽上某固定高度静止滚下，重复10次。 四、实验方案二：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 实验步骤 (5)斜槽末端放被碰小球，入射小球从同一高度滚下，重复10次。 m1 m2 M N O P (6)用尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面，标出圆心M、P、N。 P M N 四、实验方案二：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 实验步骤 P M N O m1 m2 实验结论 在实验误差允许范围内，满足表达式m1OP=m1OM+m2ON，则碰撞前后两 小球组成的系统动量守恒。 思考 （1）一定要根据水平位移和下落高度求出各小球碰撞前后的速度吗？ 数据 m1v1=m1·v2+m2v3 v1= v2= v3= m1OP=m1OM+m2ON （2）斜槽是否需要光滑？ 不需要 不需要 两小球的质量m1、m2，相应的水平位移OP、OM、ON 四、实验方案二：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 课堂小结 验证动量守恒定律 （2）数据测量：由m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'知，需测质量和速度 （3）实验方案 （1）实验思路： 利用一维内力远大于外力碰撞的方式，验证动量守恒 ①气垫导轨光电门法 ②平抛运动替代法 课堂小结 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、带有挡光板的滑块、弹射架、光电门等组成。 (1)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； 针对训练 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(包括挡光板)的质量为m1＝300 g，滑块2(包括挡光板及弹簧)的质量为m2＝200 g。 针对训练 (2)数据处理与实验结论： ①实验中气垫导轨的作用是： A. 　　　　　　　　　　　　； B. 　　　　　　　　　　　　。 解析 A.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发生在同一直线上。 针对训练 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)  解析 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； 针对训练 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：　　　　。  解析 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。 针对训练 2. (2025·淮安市高二期中)某小组用如图甲所示的“碰撞实验器”来验证两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量守恒定律。图甲中O点是小球抛出点在水平地面上的垂直投影。实验时，先让小球A多次从斜轨上位置G点由静止释放，找到其落点的平均位置P，测量平抛射程OP。然后把小球B静置于轨道水平部分末端的位置R点，再将小球A从斜轨上 位置G由静止释放，与小球B碰撞，如此重复多次，M、N为两球碰后的平均落点，重力加速度为g，回答下列问题： 针对训练 (1)关于实验操作，下列说法正确 的是　　　。  A.小球A每次必须在斜槽上相同的 位置由静止滚下 B.小球A可以在斜槽上不同的位置由静止滚下 C.斜槽轨道末端必须水平 D.斜槽轨道必须光滑 AC 针对训练 解析 小球A每次自由滚下时，需保证高度不变，以保证小球A滚到抛出点时的速度不变，故A正确，B错误； 斜槽轨道末端必须水平，以保证小球A碰撞前速度水平，并且保证小球A、B做平抛运动，故C正确； 只要小球A从斜槽轨道上同一位置静止释放即可，并不需要斜槽轨道必须光滑，故D错误。 针对训练 (2)若A小球质量为m1、半径为r1，B小球质量为m2、半径为r2，要保证碰撞时A小球不反弹，则A、B两小球需满足的关系是　　　。  A.m1>m2，r1>r2 B.m1>m2，r1＝r2 C.m1<m2，r1>r2 D.m1<m2，r1＝r2 B 解析 为保证两球发生正碰，则两球半径必须相等，即r1＝r2；为防止碰后入射球反弹，则入射球的质量要大于被碰球的质量，即m1>m2。故选B。 针对训练 (3)上述实验除需测量线段OM、OP、ON的长度外，还需要测量的物理量有　　 　。  A.G、R两点间的高度差h1 B.R点离地面的高度h2 C.小球A和小球B的质量m1、m2 D.小球A和小球B的半径r1、r2 C 解析 本实验中小球的速度由水平位移代表，故不必测量GR的高度和R点离地面的高度，A、B错误； 验证动量守恒定律时，需要知道小球的质量，C正确； 小球的半径保证一样即可，无需测量两小球的半径，D错误。 针对训练 (4)为了验证动量守恒定律，需要验证的表达式是__________________ (用m1、m2、OM、OP、ON表示)。  m1·OP＝m1·OM＋m2·ON 解析 小球做平抛运动，下落的时间都相同，设为t，则若动量守恒，则m1v0＝m1v1＋m2v2，两边同乘t得m1v0t＝m1v1t＋m2v2t 即m1·OP＝m1·OM＋m2·ON 针对训练 (5)若实验中得出的落点情况如图乙所示，假设碰撞过程中动量守恒，则入射小球A的质量m1与被碰小球B的质量m2之比为　　　　。  4∶1 解析 将OM＝15.5 cm，OP＝25.5 cm，ON＝40.0 cm，代入m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，解得。 针对训练 Lavf58.46.101 $