1.4 实验：验证动量守恒动量（教学课件）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，课堂导入通过回顾动量守恒的四种条件及公式，承接上节课理论证明，提出“如何实验验证”的问题，搭建理论到实践的学习支架。 其亮点在于以科学探究为主线设计四种实验方案，涵盖气垫导轨、平抛演示仪等，每个方案含设计思路、步骤及数据处理，结合科学思维（误差分析、矢量运算）和物理观念（守恒条件），学生通过动手提升探究能力，教师可灵活选用方案优化教学。

第一章 动量守恒定律 人教版（2019）选择性必修 第一册 4.实验：验证动 量守恒定律 目录 学习目标 重点难点 课堂导入 探究新知 课堂小结 课堂练习 布置作业 1 2 3 4 5 6 7 2 01 02 03 04 物理观念 学生已提前掌握系统、内力、外力基础概念，本节课依托实验进一步深化运动相互作用观念：能结合实验装置受力分析，巩固核心规律 —— 系统合外力为零（单方向合外力为零、内力远大于外力）时总动量守恒；清晰区分二者作用差异：内力仅交换系统内物体动量，不会改变系统总动量，外力才是总动量发生变化的原因；结合实验场景串联动量定理与动量守恒，完善相互作用的完整知识体系。 科学思维 以碰撞实验为载体开展逻辑推理与模型建构，熟练运用整体法、隔离法拆分研究系统；能结合实验场景分辨三类动量守恒适用条件，规范完成动量矢量正负运算；可拆解碰撞、弹射等实验过程分段列式计算，区分弹性、非弹性碰撞模型；能将实验总结的守恒模型迁移到多体相互作用问题，形成模型化、条理化的解题思维。 科学探究 以气垫导轨碰撞、小车弹簧弹射为探究载体，运用控制变量法，改变物体质量、初速度、系统受力开展分组实验；规范完成质量、速度的数据测量与记录，对比碰撞前后总动量数值，分析摩擦、空气阻力带来的实验误差；通过实测数据自主归纳动量守恒成立条件，对比不同碰撞类型的数据差异，自主总结定律适用范围。 科学态度与责任 实验计算中严格遵守矢量运算规范，客观看待各类阻力造成的数据偏差，如实记录原始数据，养成严谨求实、尊重实验事实的科学习惯；结合航天器对接、火箭反冲、生活碰撞实例，感受动量守恒在航天、工业、微观研究中的实用价值；体会物理实验规律服务工程生产的意义，树立学以致用、以物理知识助力科技发展的责任意识。 学习目标 实验思路 01 教学内容 物理量的测量 02 数据分析 03 方案设计 04 教学重点 1 教学重点 2 教学难点 3 实验设计、操作与数据处理，实验中动量守恒条件判断。 由实验结论认识动量守恒定律的普适性 辨析实验系统内力、外力；矢量运算、结合碰撞实验列式分析与误差解读 重点难点 课堂导入——观察与思考 1.系统动量守恒的条件是什么？ (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) (3)系统所受外力合力不为零，但系统内力远大于外力，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)系统总的来看虽不符合以上三条中的任何一条，但在某一方向上符合以上三条中的某一条，则系统在这一方向上动量守恒.(单向条件) 课堂导入——观察与思考 2.系统满足动量守恒定律的公式是什么？ 上一节课我们分别通过动量定理和牛顿运动定律两个不同的角度，理论上证明了动量守恒定律，那么我们如何通过实验来加以验证呢？ 01 PART 01 第一部分 实验思路 探究新知 8 探究新知——实验思路 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。   A B m1 m2 m1 m2 m1 m2 A B 02 PART 02 第二部分 物理量的测量 探究新知 10 探究新知——物理量的测量 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？ 物体质量可用天平直接测量 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）利用打点计时器测速 （2）利用光电门测速 （3）利用机械能守恒定律测速 （4）利用平抛运动测速 03 PART 03 第二部分 数据处理 探究新知 12 探究新知——数据处理 利用碰撞进行验证动量守恒定律时，在数据分析上会存在哪些困难，我们如何设计实验才能方便数据分析？ 动量是矢量，在计算两物体碰撞前后动量之和时可能设计用到平行四边形法则，这在计算上难度大，为了减少数据分析困难，我们可以利用碰撞前后物体都在同一直线上运动（一维碰撞问题）。   A B m1 m2 m1 m2 m1 m2 A B 04 PART 04 第二部分 方案设计 探究新知 14 探究新知——实验器材 可供选择的实验器材： 打点计时器 刻度尺 气垫导轨 铁架台 斜槽 光电门 学生电源 重锤线 滑块（带遮光板） 白纸 复写纸 钢球 塑料球 长1m的细绳 长木板 纸带 圆规 照相机 弹性碰撞架 弹簧和弹簧片 天平 砝码 撞针 橡皮泥 你是否可以从以上器材中选择其中的一些，设计除符合要求的实验方案来？ 探究新知——研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 实验器材 设计思路 （1）如何调整使系统合外力为0？ （2）实验得到什么样的结果说明系统动量守恒？ 探究新知——研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 实验步骤 (1)用天平测量两滑块的质量m1、m2，填入预先设计好的表格中。 (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，计算滑块碰撞前后的速度。 (5)改变滑块质量，重复步骤(4)。 (6)整理实验仪器，数据处理，寻找守恒量。 弹性碰撞架 探究新知——研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 探究新知——研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 探究新知——研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 探究新知——研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 mA＞mB , 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 弹性碰撞架 mAv1=mA·v2+mBv3 mAv=(mA+mB)v共 0=mAvA-mBvB 运动滑块A撞击静止滑块B，撞后两者粘在一起。 实验数据记录与处理 比较项 前 后 质量 m1 m2 m1 m2         时间 t1 t2 t1' t2'         之和     实验数据记录与处理 实验结论 在实验误差允许范围内，碰撞前后两个小车的动量守恒。 探究新知——研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 注意事项 （1）保证是一维碰撞。 （2）气垫导轨是一种精度较高的现代化教学仪器。切忌振动、重压，严防碰伤和划伤，绝对禁止在不通气的情况下将滑行器在轨面上滑磨。调整水平时注意利用水平仪。 （3）由于碰撞的情形很多，猜想的不变量只有在各种方案中都不变才能符合要求，成为实验结论。 （4）考虑到速度的矢量性，记录数据时应规定正方向。若速度方向与规定的正方向相同，则速度取正值，若速度方向与规定方向相反，则取负值。 探究新知——研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 探究新知——用平抛演示仪装置验证动量守恒定律 实验器材 设计思路 （1）该实验动量守恒的条件是什么？ （2）实验得到什么样的结果说明系统动量守恒？ 探究新知——用平抛演示仪装置验证动量守恒定律 实验步骤 (1)先用天平称量出两个小球的质量m1、m2。 (2)安装好实验装置，注意使实验器的斜槽末端点的切线水平。 (3)在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸。 (4)在白纸上记下重垂线所指的位置 O，它表示入射小球 m1碰撞前球心的竖直投影点。 (5)先不放被碰小球，让入射小球从斜槽上同一位置处静止滚下，重复 10 次，用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面，圆心就是入射小球不碰撞时的落地点。 （6）把被碰小球放在斜槽轨道末端，让入射小球从同一位置静止滚下，使它们发生正碰，重复 10 次，同理求出入射小球落点的平均位置 M 和被碰小球落点的平均位置N。 探究新知——用平抛演示仪装置验证动量守恒定律 探究新知——用平抛演示仪装置验证动量守恒定律 实验数据记录与处理 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 m1OP=m1OM+m2ON 探究新知——用平抛演示仪装置验证动量守恒定律 注意事项 （1）斜槽末端要切线要水平； （2）每次小球下滑要从同一位置处由静止释放； （3）要保证对心碰撞，两球必须大小相等； （4）小球的诸多落点要用用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落点都圈在里面，该小圆的圆心即为小球的平均落点 ； （5） 入射小球的质量mA和被碰小球的质量mB的大小关系是mA > mB 。 探究新知——单摆测速验证动量守恒 实验器材 设计思路 （1）该实验动量守恒的条件是什么？ （2）实验得到什么样的结果说明系统动量守恒？ 探究新知——单摆测速验证动量守恒 实验步骤 (1)先用天平称量出两个小球的质量m1、m2。 (2)安装好实验装置，注意使两球球心在同一水平线上。 (3)现将A球拉开让细绳与竖直方向夹角为θ，然后将细绳由静止释放，然后让其与B球相撞，然后记下AB组合达到最高点时细绳与竖直方向的夹角β。 (4)记录对应的θ和β。 探究新知——单摆测速验证动量守恒 实验数据记录与处理 比较项 前 后 质量 m1 m2 m1 m2         时间 θ1 β1 θ2 β2         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。 探究新知——用打点计时器验证动量守恒 实验器材 设计思路 （1）如何调节使该实验装置动量守恒？ （2）实验得到什么样的结果说明系统动量守恒？ 探究新知——用打点计时器验证动量守恒 实验步骤 (1)先用天平称量出两个小车的质量m1、m2。 (2)安装好实验装置，注意使两小车重心在同一水平线上。 (3)将固定带有打点计时器的一端垫高，将小车放在轨道上，轻轻推动小车，让小车在轨道上做匀速直线运动。 (4)将纸带穿过打点计时器并固定在小车A的一端，让小车B静止的放置在木板上； （5）先接通电源，再释放纸带，接着与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体继续运动； （6)关闭电源，取下纸带，换上新纸带，重复步骤(4)(5)(6)，选出较理想的纸带如图乙所示； 探究新知——用打点计时器验证动量守恒 比较项 前 后 质量 m1 m2     速度 v1 v共     动量之和     实验数据记录与处理 实验结论 在实验误差允许范围内，碰撞前后两个小车的动量守恒。 课堂小结 实验：验证动量守恒动量定律 物理量的测量 方案设计 实验思路 方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 方案二：用平抛演示仪装置验证动量守恒定律 方案三：单摆测速验证动量守恒 方案四：用打点计时器验证动量守恒。 数据分析 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 布置作业 1.认真阅读课本本节内容，并完成课后“练习与应用”； 2.完成分层作业。 谢谢聆听 鼎力物理制作，盗版必究 谢谢聆听 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 1.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，轨道末段水平，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__________mb(填“>”或“<”)； (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__________。 4.某同学设计了一个用电磁打点计时器验证动量守恒定律的实验：由相同材料制成的A、B两个小车，在小车A的前端粘有橡皮泥，推动小车A使之做匀速运动，然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体，继续运动。他设计的装置如图甲所示。在小车A后连着纸带，电磁打点计时器所用电源频率为50Hz，长木板下垫着小木片以平衡摩擦力。 (1)若已测得打点纸带如图乙所示，并测得各计数点的间距(已标在图上)。0为运动的起点，则应选____________段来计算A碰前的速度，应选__________段来计算A和B碰后的共同速度(以上两空选填“01”“12”“23”或“34”)。 (2)已测得小车A的质量m1＝0.6kg，小车B的质量m2＝0.3kg，则碰前两小车的总动量为________kg·m/s，碰后两小车的总动量为_________kg·m/s。 5.某科学兴趣小组同学用如图所示的装置验证“动量守恒定律”。实验步骤如下： ①用细绳将大小相同、质量分别为mA和mB的小球A和B悬挂在天花板上； ②在A、B两球之间放入少量炸药，引爆炸药，两球反方向摆起，用量角器记录两细绳偏离竖直方向的最大夹角分别为； 试回答下列问题： (1)实验中所用两细绳长度应      （填“相等”或“不相等”）。 (2)若两球爆炸过程动量守恒，应满足的表达式为      （用mA、mB、、表示）。 (3)另一小组同学用该实验装置想探究两小球间的碰撞是否是弹性碰撞，实验步骤如下： ①小球B竖直静止，将小球A拉起一定角度，由静止释放； ②小球A和小球B发生正碰之后，小球A被弹回，用量角器测出悬挂小球B的细绳能摆起的与竖直方向的最大夹角； ③多次改变初始的值，使得悬挂小球B的细绳摆起的最大角度发生变化，记录多组、值，以为纵轴，为横轴，绘制图像； ④该小组实验中需保证两小球的质量满足：mA      mB（选填“>”、“<”或“=”）。 6.在验证碰撞过程中的动量守恒实验中，小花同学的实验装置如图甲：将气垫导轨放置在水平桌面上，气垫导轨右侧支点高度固定，左侧支点高度可调节，光电门1和光电门2相隔适当距离安装好，滑块A、B两侧带有粘性极强的物质，上方固定宽度均为的遮光条，测得滑块A、B(包含遮光条)的质量分别为和。 (1)如图乙，用游标卡尺测得遮光条宽度                  。设遮光条通过光电门的时间为，则滑块通过光电门的速度                  (用表示)。 (2) 在调节气垫导轨水平时，该同学开启充气泵，将一个滑块轻放在导轨上，发现它向左加速运动。此时，应调节左支点使其高度                  (选填“升高”或“降低”)。 (3)气垫导轨调节水平后，将滑块B静置于两光电门之间且靠近光电门2的右侧一端，滑块A置于光电门1右侧，用手轻推一下滑块A，使其向左运动，与滑块B发生碰撞后粘连在一起向左运动，并通过光电门2。光电门记录下滑块A的遮光条通过光电门1的时间为和两滑块一起运动时滑块B的遮光条通过光电门2的时间为。实验中若等式                  (用和表示)成立，即可验证滑块A、B碰撞过程中动量守恒。 $