7.6　实验8：验证动量守恒定律 课件 -2027届高三物理一轮复习

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教材原型方案（气垫导轨、斜槽滚球）及创新方案，明确实验目的、思路、数据处理等核心考点，通过考情分析归纳出原型实验操作（占60%）、创新方案设计（占40%）的常考题型，构建系统备考框架。 课件亮点在于“真题解析+素养提升”策略，结合2024全国新课标卷真题，详解斜槽滚球实验中用水平射程代替速度的科学推理过程，培养科学探究和科学思维素养。特设误差分析模板和创新实验变式训练，帮助学生掌握实验原理与答题技巧，教师可据此精准指导，提升复习效率。

第6讲　实验8:验证动量守恒定律 强基础·教考衔接 一、实验目的 验证动量守恒定律。 二、实验思路 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',找出碰撞前的动量p=m1v1+m2v2及碰撞后的动量p'=m1v1'+m2v2',看碰撞前后动量是否守恒。 [方案一]利用气垫导轨完成一维碰撞实验 1.实验器材 气垫导轨、数字计时器、天平、滑块(两个)、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥、游标卡尺等。 2.进行实验 (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。 作用是减少摩擦力　 (3)实验:接通电源,利用配套的数字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)。 3.数据记录分析处理 (1)滑块速度的测量:v=,式中Δx为滑块挡光片的宽度(仪器说明书上给出,也可直接测量),Δt为数字计时器显示的滑块(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]利用斜槽滚球验证动量守恒定律 1.实验器材 斜槽、小球(两个)、天平、复写纸、白纸、圆规、刻度尺等。 2.进行实验 (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:按照如图所示的原理图安装实验装置,调整固定斜槽使斜槽底端水平。 　保证平抛 (3)铺纸:白纸在下,复写纸在上且在适当位置铺放好。记下铅垂线所指的位置O。 确定水平运动初始点 (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。 3.数据记录分析处理 (1)小球水平射程的测量:连接ON,测量线段OP、OM、ON的长度。 (2)验证的表达式:m1·lOP=m1·lOM+m2·lON。 三、误差分析 1.系统误差:主要来源于实验器材及实验操作等。 (1)碰撞是否为一维碰撞。 (2)气垫导轨是否完全水平,入射小球的释放高度存在差异。 2.偶然误差:主要来源于质量m1、m2和碰撞前后速度(或水平射程)的测量。 四、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验证,给滑块的初速度应沿着导轨的方向。 (2)若利用平抛运动规律进行验证,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。 研考点·精准突破 考点一　教材原型实验 考向一　方案一的考查 典题1 (2025黑龙江哈尔滨一模)为了验证动量守恒定律,某实验小组的同学设计了如图所示的实验装置:将一足够长气垫导轨放置在水平桌面上,光电门1和光电门2相隔适当距离安装好,在滑块A和B相碰的端面上装有弹性碰撞架,它们的上端装有宽度均为d的挡光片,测得滑块A、B(包含挡光片)的质量分别为m1和m2。 (1)打开气泵,调节气垫导轨,将一个滑块放在气垫导轨左端,向右轻推滑块, 　 　　　时,可认为气垫导轨水平。 (2)滑块A置于光电门1的左侧,滑块B静置于两光电门之间,给滑块A一个向右的初速度,滑块A与静止的滑块B发生碰撞且不粘连。与光电门1相连的计时器显示的挡光时间为Δt1,与光电门2相连的计时器先后显示的两次挡光时间分别为Δt2和Δt3。为使滑块A能通过光电门2,则m1　　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)m2;该装置在用于“验证动量守恒定律”时                  (选填“需要”或“不需要”)测出挡光片的宽度d。 (3)若两滑块发生的是弹性碰撞,则下列等式成立的是　　　　。 A.m1Δt1=m2Δt2+m1Δt3 B. C. D. 滑块上的挡光片经过两个光电门的挡光时间相等 大于 不需要 B 解析 (1)打开气泵,调节气垫导轨,轻推滑块,当滑块上的挡光片经过两个光电门的挡光时间相等时,可认为气垫导轨水平。 (2)为使滑块A能通过光电门2,则防止滑块A碰后反弹,则滑块的质量m1大于m2;实验要验证的关系式m1v0=m1v1+m2v2,其中v0=,v1=,v2=,则,即该实验不需要测出挡光片的宽度d。 (3)若两滑块发生的是弹性碰撞,则m1m1m2,联立可得,故选B。 考向二　方案二的考查 典题2 [一题多变](2024全国新课标卷) 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。 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　　　　(选填“>”或“<”)mb。 (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 　  　。 > maxP=maxM+mbxN 从同一高度做平抛运动的两个小球,运动时间相同,水平位移可代替水平飞出时的速度 解析 本题考查验证动量守恒定律的实验。 (1)为保证a球碰撞b球后不反弹,要求ma>mb。 (2)两小球做平抛运动,在竖直方向上有h=gt2,故t=,两小球做平抛运动的初速度为va=,va'=,vb'=,如果碰撞中满足动量守恒定律,则mava=mava'+mbvb',联立解得maxP=maxM+mbxN。因为两小球从同一高度做平抛运动,运动时间相同,所以水平位移可代替小球水平飞出时的速度。 如果是弹性碰撞,需满足动量守恒,即maxP=maxM+mbxN,且需满足动能守恒,即mmmb,两式联立得xP+xM=xN。 考点二　实验的改进与创新 考向一　实验器材创新 典题3 (2025安徽合肥三模)为了验证动量守恒定律,某实验小组制作了如图所示的实验装置。用3D打印机打印出两个质量分别为m1、m2且底面粗糙程度相同的物块A、B,将左侧带有挡板的长木板固定在水平面上,挡板右侧固定一个轻弹簧,弹簧处于原长时其右端在木板上的O点,在O点右侧依次并排放置A、B(A、B紧挨着),A与弹簧接触但未压缩弹簧。 实验步骤如下: ①保持B不动,用手拿着A向左将弹簧压缩至位置P; ②松手释放A,弹簧恢复原长时A与B发生碰撞,碰后两物块均向右运动一段距离停下,如图所示,测得A、B静止时它们的左侧面与O点的距离分别为x1、x2; ③拿走B,用手拿着A再次将弹簧压缩至位置P,然后松手释放,测得A停下时其左侧面到O点的距离为x0,如图所示,又测得A沿运动方向的宽度为L。 (1)为保证实现上述实验目标,应使m1　　　(选填“>”“=”或“<”)m2;  (2)若A、B与木板间的动摩擦因数为μ、重力加速度为g,则碰后瞬间A的速度大小为　　 　　;(用μ、g及以上步骤中测得的物理量表示)  (3)若碰撞过程A、B组成的系统动量守恒,则应满足　　　　。 A.m1x0=m1x1+m2x2 B.m1=m1+m2 C.m1=m1+m2 > C 解析 (1)为保证实现上述实验目标,即两物块碰撞后A不反弹,则应使m1>m2; (2)对A碰后由动能定理m1=μm1gx1,解得v1=。 (3)同理A碰前速度v0=,B碰后速度v2=,若动量守恒则满足m1v0=m1v1+m2v2,即m1=m1+m2,故选C。 考向二　实验方案的改进 典题4 (2025江西九江三模)为了探究碰撞过程中的守恒量,某兴趣小组设计了如图所示的实验。 先让质量为m1的小球从凹形槽顶端由静止滑下,经过O点水平抛出落在斜面上的P点。再把质量为m2的小球静止放在凹形槽末端O点,让质量为m1的小球仍从凹形槽顶端由静止滑下,与质量为m2的小球碰撞后,两小球落到斜面上。分别记录小球第一次与斜面碰撞的落点痕迹,其中M、P、N三个落点的位置与O点的距离分别为LM、LP、LN,凹形槽顶端与末端的高度差为h,凹形槽末端距地面高度为H,斜面总长度为L。多次重复实验。 (1)有利于减小实验误差的操作是　　　　。 A.凹形槽尽可能光滑 B.使用半径相同的两个小球 C.多次测量落点位置取平均值 D.保持H不变,增加斜面长度L (2)在实验误差允许范围内,若满足关系式m1=　 　　　,则可以认为两球碰撞过程中动量守恒。(用m1、m2、LM、LN表示)  (3)现测量出两个小球质量比k=,若还测出LN=　　　　LP,则可证明两球间的碰撞是弹性碰撞。(用k表示)  BC m1+m2 解析 (1)每次只要保证小球m1到达点O的速度保持相同即可,有无摩擦力无影响,故A不符合题意;使用半径相同的两个小球,可以保证对心碰撞,减小实验误差,故B符合题意;多次测量可以减小偶然误差,故C符合题意;保持H不变,增加斜面长度L,并不能直接减小实验误差,对实验结果的准确性没有直接影响,故D不符合题意。 (2)设斜面的倾角为θ,小球从斜面顶端平抛落到斜面上,位移大小为L',由平抛运动的知识可知L'cos θ=vt,L'sin θ=gt2,整理可得v=cos θ,可知平抛运动的初速度v与成正比,若碰撞过程动量守恒,则有m1vP=m1vM+m2vN,整理可得m1=m1+m2。 (3)若两球间的碰撞是弹性的,则有m1m1m2, 又有m1vP=m1vM+m2vN,解得vN=vP, 又有k=,整理可得,即LN=LP。 $