实验8 验证动量守恒定律 课件 -2027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，覆盖实验原理、装置操作、数据处理及误差分析等高考核心考点。依据高考评价体系，分析实验操作判断、动量守恒关系式推导等高频考点权重，归纳小球选择、平抛运动测速度等常考题型，体现备考针对性与实用性。 课件亮点在于“真题精讲+素养导向”，如以浙江丽水模拟题、杭州二模真题为例，通过平抛运动水平位移替代速度验证动量守恒，培养科学思维中的模型建构与科学推理能力。创新实验模块解析冲击摆结合动量守恒与机械能守恒推导速度公式，帮助学生掌握实验设计与数据处理技巧，教师可据此开展分层教学，提升复习效率。

实验8 验证动量守恒定律 要点梳理 一、实验要点 二、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)若利用摆球进行实验,两小球静放时球心应在同一水平线上,且刚好接触,摆线竖直,将小球拉起后,两条摆线应在同一竖直面内。 (3)若利用长木板进行实验,可在长木板下垫一小木片用以平衡摩擦力。 (4)注意: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。 方法指导 一、实验原理与实验操作 典例　(2025浙江丽水五校高三选考模拟)在“探究碰撞中的不变量”实验中,利用碰撞后做平抛运动来测量速度,实验装置如图甲所示,实验原理如图乙所示。 (1)假设实验室中有如下图所示的三个小球,则入射小球应该选取　　　　,被碰小球应该选取　　　　。(填字母代号)  (2)关于本实验,下列说法正确的是　　　。(填字母代号)  A.斜槽必须足够光滑且安装时末端必须保持水平 B.同一实验中入射小球每次都必须从斜槽上的同一位置由静止释放 C.实验中需要用到重垂线 D.必须测量出斜槽末端到水平地面的高度 A B BC (3)某同学在做上述实验时,测得入射小球和被碰小球的质量关系为m=2m',两小球在记录纸上留下三处落点痕迹如图丙所示,他将米尺的零刻线与O点对齐,测量出O点到三处平均落地点的距离分别为lOA、lOB、lOC。该同学通过测量和计算发现,在实验误差允许范围内,两小球在碰撞前后动量是守恒的。 ①该同学要验证的关系式为　　　　　　　　;(用lOA、lOB、lOC关系表示)  ②若进一步研究该碰撞是否为弹性碰撞,需要判断关系式__________________　　　　　　　　　是否成立。(用lOA、lOB、lOC关系表示)  丙 2(lOC-lOA)=lOB　 lOC+lOA=Lob 解析 (1)为了保证入射小球碰撞后不反弹,入射球的质量要大于被碰球的质量,为了使两球发生对心碰撞,则要求两球的半径相同,故入射球选择直径为d1、质量为m1的小球,被碰球选择直径为d1、质量为m2的小球。 (2)本实验只需要确保轨道末端水平,从而确保小球离开轨道后做的是平抛运动即可,小球每次从斜槽的同一位置滚下,并不需要轨道光滑,故A错误;要确保放上被碰小球后,入射小球的碰前的速度大小保持不变,故要求从同一位置由静止释放入射小球,故B正确;实验中重垂线的作用是确定小球做平抛运动的水平位移的起点,即标定斜槽末端在白纸上的投影点O,故C正确;两个小球下落时间相同,故由x=v0可知,小球的水平位移x∝v0,故可用水平位移的大小关系表示速度的大小关系,不需要求出时间,所以不需要测量高度,故D错误。 (3)①由题图丙可知lOA=17.60 cm,lOB=25.00 cm,lOC=30.00 cm,代入质量关系,可知m·lOB≠m·lOA+m'·lOC,但是m·lOC≈m·lOA+m'·lOB,故lOC才是入射小球不碰撞时对应的水平位移,由动量守恒定律得m·lOC=m·lOA+m'·lOB,根据m=2m',解得2(lOC-lOA)=lOB;②验证碰撞是否为弹性碰撞,则需要验证mv1'2+m'v2'2,即m·=m·+m'·,变形得m·-m·=m'·,根据m=2m',则有2(lOC-lOA)(lOC+lOA)=,解得lOC+lOA=lOB。 二、数据处理与误差分析 1.数据处理 本实验运用转换法,即将测量小球做平抛运动的初速度转换成测平抛运动的水平位移;由于本实验仅限于研究系统在碰撞前后动量的关系,所以各物理量的单位不必统一使用国际单位制的单位。 2.误差分析 (1)系统误差 主要来源于装置本身是否符合要求,即: ①碰撞是否为一维碰撞。 ②实验是否满足动量守恒的条件。如斜槽末端切线方向是否水平,两碰撞球是否等大。 (2)偶然误差:主要来源于质量和速度的测量。 3.改进措施 (1)设计方案时应保证碰撞为一维碰撞,且尽量满足动量守恒的条件。 (2)采取多次测量求平均值的方法减小偶然误差。 典例　(2025浙江杭州二模)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: 图1 图2 ①在小车上适当放置砝码,分别测量甲车总质量m1和乙车总质量m2; 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x0; 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L(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x1和x2; ④改变小车上砝码个数,重复①②③步骤。 (1)由图2得L=　　　　 cm。  (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m1、m2、x0、x1、x2、L表示),则验证了小车碰撞前后动量守恒。  (3)某同学先把6个50 g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。  (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 20.00 m1=m1+m2 4 D 解析 (1)刻度尺估读到0.1 mm,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)L为20.00 cm。 (2)小车在水平轨道上运动所受阻力正比于小车重力,即Ff=kmg,根据牛顿第二定律,可得a==kg,根据甲车停止后车尾对应刻度,求出其平均值x0,则甲的初速度为v0=,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x1和x2,则碰后的速度为v1=,v2=,由动量守恒定律有m1v0=m1v1+m2v2,可得m1=m1+m2。 (3)两辆相同规格的小车,即质量相同,而甲车上装上钩码后与乙车碰撞,为了防止反弹,需要甲车的总质量大于等于乙车的质量,则最多能够转移3个钩码,两车的质量就相等,算上最开始6个钩码在甲车上的一组数据,共可以获得4组碰撞数据。 (4)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,即碰撞过程中阻力对两小车总冲量不为零,故选D。 三、同类实验拓展与创新 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 创新角度 实验装置图 创新解读 实验器材 的创新   甲 乙 1.利用动量守恒、机械能守恒计算弹丸发射速度。 2.利用相对误差评价实验结果   1.利用铝质导轨研究完全非弹性碰撞。 2.利用闪光照相机记录立方体滑块碰撞前后的运动规律,从而确定滑块碰撞前后的速度 创新角度 实验装置图 创新解读 实验过程 的创新   1.用压缩弹簧的方式使两滑块获得速度,可使两滑块的合动量为零。 2.利用v=的方式获得滑块弹离时的速度。 3.根据能量守恒定律测定弹簧的弹性势能 典例　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m和摆块的质量m'; ②将实验装置水平放在桌子上,调节摆绳的长度,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 平均最 大偏角θ(度) 弹丸质 量m(kg) 摆块质 量m'(kg) 摆长 l(m) 弹丸的 速度v(m/s) 低速挡 15.7 0.007 65 0.078 9 0.270 5.03 中速挡 19.1 0.007 65 0.078 9 0.270 6.77 高速挡   0.007 65 0.078 9 0.270 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: θ=　　 　　。  (2)用上述测量的物理量表示发射弹丸的速度v=　 。(已知重力加速度为g)  (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:   　。  22.4 较大的速度碰撞指针,会损失较多的机械能 解析 (1)分度值为1°,故读数为22.4(22.1~22.7均正确)。 (2)弹丸射入摆块内,系统动量守恒:mv=(m+m')v',摆块向上摆动,由机械能守恒定律得(m+m')v'2=(m+m')gl(1-cos θ),联立解得v=。 (3)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,合理即可)。 $