1.4实验：验证动量守恒定律-2026-2027学年高二物理上学期（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，从生活中常见碰撞现象导入，连接动量守恒适用条件，通过“想一想”问题链（如一维碰撞条件、速度测量方法等）搭建学习支架，引导学生从理论理解过渡到实验设计。 其亮点在于设计气垫导轨光电门法和斜槽小球平抛替代法双实验方案，涵盖弹性与非弹性碰撞，结合教材原型与拓展创新练习（如粗糙轨道、硬币碰撞实验），体现科学探究与科学思维，培养学生模型建构和推理能力，助力学生提升实验操作与数据分析能力，为教师提供丰富教学资源。

选择性必修一 4.实验：验证动量守恒定律 第一章 动量守恒定律 授课教师：YANG 1 动量守恒定律的适用条件是系统不受外力，或者所受外力的矢量和为0。因我们生活中常见的碰撞近似满足动量守恒的条件，故我们可以通过碰撞实验来验证动量守恒定律。 新课引入 问题1：该代数运算验证式成立的前提是？ 问题２：什么是一维碰撞？ 问题3：如何设计实验，保证为一维碰撞？ 问题4：如何处理矢量的方向呢？ 问题5：测量碰撞前后物体的速度有哪些方法？ 想一想 规定正方向 碰撞是一维 打点计时器测匀速过程的速度、平抛运动的水平位移，光电门计时器 用轨道、斜槽、气垫导轨 动量守恒验证式 实验思路 研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 1. 实验器材 实验器材： 、数字计时器、 、滑块（两个）、弹簧 片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥、 ⁠等。 气垫导轨 天平 挡光片 一、方案一—研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 (1)质量的测量：用_____测量. (2)速度的测量：v＝___，式中的d为滑块上挡光板的___，Δt为数字计 时器显示的滑块上的挡光板经过_______的时间. 天平 宽度 光电门 2.数据测量： 一、方案一—研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 3. 实验步骤 （1）安装气垫导轨，接通电源，给导轨通气，调节导轨 ⁠。 （2）在滑块上安装好挡光片、弹性碰撞架、光电门等，测出两滑块 的 和 ⁠。 （3）用手拨动滑块使其在两数字计时器之间相碰。滑块反弹越过数字计 时器之后，抓住滑块避免 ⁠。读出两滑块经过两数字计时器前 后的4个时间。 （4）改变碰撞速度，或采用运动滑块撞击静止滑块等方式，分别读出多 组数据，记入表格。 水平 质量m1 m2 反复碰撞 一、方案一—研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 方式一：选取两个质量滑块，在两个滑块相互碰撞的端面装上弹性碰撞架，滑块碰撞后随即分开。（弹性碰撞） m1 m2 v1 一、方案一—研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 方式二：在两个滑块的碰撞端分别贴双面胶，或者在两个滑块的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥，碰撞时它们会连成一体。（非弹性碰撞） 一、方案一—研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 结论:碰撞前两小球的动量之和等于碰撞后两小球的动量之和。 4. 数据分析 一、方案一—研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 1.实验之前需要将气垫导轨调节水平； 2.实验时应该确保发生的是一维碰撞； 5.注意事项 一、方案一—研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 1. 实验器材 实验器材：实验桌， ，两个大小 、质量 ⁠的 小球，铅垂线，复写纸，白纸，天平， ⁠，圆规，三角板等。 斜槽轨道 相等 不同 刻度尺 二、方案二—研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 （1）质量和半径条件： 入射球质量大于被碰球质量，m1＞m2 （防止A球反弹）r1=r2（保证对心碰撞） （4）平均落点确定方法： （3）水平位移测量：测球心在水平地面的投影到各小球平均落点的距离 斜槽末端切向水平 h （2）验证原理式： m1v=m1v1+m2v2 思想方法：等效替代 计算式：m1OP=m1OM+m2ON 圆心即为小球平均落点 2. 实验原理 二、方案二—研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 3. 实验步骤 （1）测质量：用天平测出两小球的质量，并选定质量 ⁠的小球为入 射小球。 （2）安装：按照图甲所示安装实验装置。调整固定斜槽使斜槽底端 ⁠ ⁠。 （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。 （4）放球找点： ⁠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 ⁠的平均位置。 大 水 平 不放 小球落点 二、方案二—研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 二、方案二—研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 用刻度尺测出线段 OM、OP、ON 的长度，把两小球的质量和相应的水平位移数值代入m1OP＝m1OM＋m2ON，看等式是否成立。 P M N O m1 m2 实验结论 结论:碰撞前两小球的动量之和等于碰撞后两小球的动量之和。 m1OP=m1OM+m2ON 4. 数据分析 二、方案二—研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 5. 注意事项 （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）入射小球的质量m1大于被碰小球的质量m2。 （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。 （5）不需要测量速度的具体数值，将速度的测量转化为水平距离的测 量。 二、方案二—研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 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 课堂总结 类型一　教材原型实验 （2026•广东广州期中）用如图所示装置验证动量守恒定律。实验中 使用的小球1和2质量分别为m1、m2。在木板上铺一张白纸，白纸上面铺放 复写纸，记下重垂线所指的位置O。 （1）下列关于实验的要求哪些是正确的 ⁠（填正确选项前字母）。 A． 斜槽的末端必须是水平的 B． 斜槽的轨道必须是光滑的 C． 必须测出斜槽末端的高度 D． m1必须大于m2 AD　 课堂练习 解析： 为了使小球抛出后做平抛运动，斜槽的末端必须水平，故A正 确；斜槽的轨道不必是光滑的，只要每次使小球从同一位置由静止释放， 使小球平抛的初速度相同即可，故B错误；由于平抛运动的时间相等，可 以用水平位移来代替平抛运动的水平速度，因此无需测量斜槽末端的高 度，故C错误；为了使入射球碰后不反弹，必须m1大于m2，故D正确。 课堂练习 （2）实验时，先不放小球2，让小球1从斜槽上某一点S由静止滚下，找到 其平均落地点的位置P，测量平抛射程OP。再把小球2静置于斜槽轨道末 端，让小球1仍从S处由静止滚下，与小球2碰撞，并多次重复，分别找到 小球1与小球2相碰后平均落地点的位置M、N，测量平抛射程OM，ON。要 验证两球碰撞过程动量守恒，需验证的关系式为 ⁠ ⁠。 m1•OP=m1•OM＋ m2•ON　 课堂练习 解析： 为了验证小球碰撞过程动量守恒，必须有m1v0=m1v1＋m2v2 由于两球均从同样高度抛出，因此两球的运动时间相等，则有m1=m1 ＋m2 即验证m1•OP=m1•OM＋m2•ON 成立即可。 课堂练习 （2026•江苏南通月考）为了验证动量守恒定律，某实验小组的同学 设计了如图甲所示的实验装置：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。 课堂练习 （1）用螺旋测微器测量滑块上挡光片的宽度d，示数如图乙所示，则 d= ⁠mm。 解析： 用螺旋测微器测量滑块上挡光片的宽度d=4.5 mm＋0.01 mm×41.5=4.915 mm。 （2）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，滑块通过光电门1、2的时间分别为t1、t2，当t1 t2（选填 “＜”“=”或“＞”）时，可认为气垫导轨水平。 解析： 当气垫导轨水平时，滑块经过两光电门的速度相等，则遮光 时间相等，即t1=t2。 4.915（4.914~4.916均可）　　 =　 课堂练习 （3）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A一个向 右的初速度，A与静止的滑块B发生碰撞。与光电门1相连的计时器先后显 示的两次遮光时间分别为Δt1和Δt2，与光电门2相连的计时器显示的遮光时 间为Δt3。若m1、m2、Δt1、Δt2、Δt3满足关系式： ⁠，则可 验证滑块A、B组成的系统碰撞过程动量守恒。 ＋=　 课堂练习 解析： 选向右为正方向，则由题意可知碰前A的速度v0= 碰后A的速度v1=－ 碰后B的速度v2= 若动量守恒，则m1v0=m1v1＋m2v2 即m1=－m1＋m2 即＋=。 课堂练习 类型二　拓展与创新实验 （2026•河南信阳月考）某同学用斜轨道和水平轨道来验证动量守恒 定律，如图所示，将斜轨道固定，并与水平轨道在O点由小圆弧平滑连 接，将一物块甲由斜轨道上某一位置静止释放，物块甲最后停在水平轨道 上，多次重复该操作，找到物块甲的平均停留位置，记为P点；将相同材 质的物块乙放在O点，再次让物块甲由斜轨道上静止释放，多次重复该操 作，找到物块甲、乙的平均停留位置，分别记为M、N点，回答下列问题。 课堂练习 （1）物块甲的质量应 ⁠（选填“大于”“等于”或“小于”）物 块乙的质量。 解析： 为保证碰撞过程不反弹，则甲的质量应大于乙的质量。 （2）物块甲每次的释放位置应 ⁠（选填“相同”或“不同”）。 解析： 为保证碰撞前甲的速度均相同，则甲每次应从同一位置释放。 大于　 相同　 课堂练习 （3）若物块甲、乙的质量分别为m1、m2，O点到P、M、N三点的距离分别 为x0、x1、x2，若关系式 成立（用m1、m2、 x0、x1、x2表示），则说明该碰撞过程动量守恒。 解析： 物块在水平面上做匀减速运动，根据匀变速直线运动规律， 则有v2=2ax，解得v=，若碰撞过程动量守恒。则有m1v0=m1v1＋m2v2即 m1=m1＋m2。 m1=m1＋m2　 课堂练习 创新分析 （1）实验器材创新：实验中采用倾斜轨道与粗糙水平轨道相结合的装 置，进行实验。 （2）实验原理创新：实验中利用物块碰后在粗糙水平轨道做匀减速直线 运动，结合匀变速直线运动规律实现对速度的测量，进而达到实验目的。 课堂练习 某同学为了验证碰撞过程中的动量守恒定律，设计了如下实验：用纸板搭 建如图所示的滑道，使硬币可以平滑地从斜面滑到水平面上，其中OA为水 平段。选择相同材质的一元硬币和一角硬币进行实验。 课堂练习 测量硬币的质量，得到一元和一角硬币的质量分别为m1和m2（m1＞m2）。 将硬币甲放置在斜面某一位置，标记此位置为B。由静止释放甲，当甲停 在水平面上某处时，测量甲从O点到停止处的滑行距离OP。将硬币乙放置 在O处，左侧与O点重合，将甲放置于B点由静止释放。当两枚硬币发生碰 撞后，分别测量甲、乙从O点到停止处的滑行距离OM和ON。保持释放位 置不变，重复实验若干次，得到OP、OM、ON的平均值分别为s0、s1、s2。 （1）在本实验中，甲选用的是 ⁠（填“一元”或“一角”）硬币； 一元　 解析： 根据题意可知，甲与乙碰撞后没有反弹，可知甲的质量大于 乙的质量，甲选用的是一元硬币。 课堂练习 （2）碰撞前，甲到O点时速度的大小可表示为 ⁠（设硬币与纸 板间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g）； 　 解析：甲从O点到P点，根据动能定理有 －μm1gs0=0－m1 解得碰撞前，甲到O点时速度的大小v0=。 课堂练习 （3）若甲、乙碰撞过程中动量守恒，则= 　　（用m1和m2表 示），然后通过测得的具体数据验证硬币对心碰撞过程中动量是否守恒； 　 解析：同理可得，碰撞后甲的速度和乙的速度分别为v1=， v2= 若动量守恒，则满足m1v0=m1v1＋m2v2 整理可得=。 课堂练习 （4）由于存在某种系统或偶然误差，计算得到碰撞前后甲动量变化量大 小与乙动量变化量大小的比值不是1，写出一条产生这种误差可能的原 因 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 答案： 见解析 解析：由于存在某种系统或偶然误差，计算得到碰撞前后甲动量变化量 大小与乙动量变化量大小的比值不是1，写出一条产生这种误差可能的 原因有： ①测量误差，因为无论多么精良的仪器总是会有误差的，不可能做到绝对 准确； ②碰撞过程中，我们认为内力远大于外力，动量守恒，实际上碰撞过程 中，两个硬币组成的系统合外力不为零。 课堂练习 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 Lavf57.56.101 $