第6章　实验7　验证动量守恒定律-2027届高考物理（通用版）一轮专题复习

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了实验原理、器材规范操作、数据处理及创新实验分析等核心考点，通过近五年高考真题统计明确了气垫导轨、斜槽滚球等实验的高频考查权重，归纳了动量守恒表达式推导、弹性碰撞验证等常考题型，构建了完整的实验备考体系。 课件亮点在于“常规实验夯实基础+创新实验突破能力”的复习策略，结合南通期中、泰州月考等真题实例，如斜槽滚球实验中利用平抛运动时间相等简化速度测量的科学推理，培养学生科学思维与科学探究素养。特设“误差分析指南”和“实验操作规范”模块，帮助学生掌握实验设计技巧，教师可据此精准定位学生薄弱点，实现高效备考。

实验7　验证动量守恒定律 第六章 动量与动量守恒定律 内容索引 学习目标 核心体系 活动方案 学 习 目 标 内容索引 1. 能恰当选用基本的实验器材规范操作，获得实验数据和结论. 2. 会分析验证动量守恒定律的创新实验． 核 心 体 系 内容索引 内容索引 活 动 方 案 内容索引 活动一　分析常规实验 本实验的方案众多，原理是在一维碰撞中，测出物体的质量和碰撞前后物体的速率，计算出碰撞前、后系统的动量，从而验证系统碰撞前后动量是否守恒. 一、 利用气垫导轨完成一维碰撞实验 如图所示为某同学应用气垫导轨“探究碰撞中的不变量”的实验装置． 1 内容索引 (1) 实验操作如下： a. 用天平分别测出滑块1、滑块2的质量m1、m2；用游标卡尺测出两遮光片的宽度d1、d2； b. 调整气垫导轨，使导轨处于水平； c. 在滑块1和滑块2间放入一个锁定的压缩弹簧，用细绳固定，静止放置在气垫导轨上； d. 剪断细绳，读取滑块1、滑块2与弹簧分离后通过光电门的时间分别为t1和t2； e. 利用上述测量数据，若得出关系式______________________成立，即可得出碰撞中守恒的量是动量的矢量和． 内容索引 (2) 本实验需要调节气垫导轨水平，调节方案是________________ ______________________________. (3) 若某同学实验前没有调节气垫导轨水平，重复进行了多次实验，结果总是滑块1的动量大于滑块2的动量，出现这一结果的原因可能是导轨左侧________(选填“高于”或“低于”)导轨右侧． 接通充气开关， 调节导轨使滑块能静止在导轨上 低于 内容索引 (2) 本实验需要调节气垫导轨水平，调节方案是接通充气开关，调节导轨使滑块能静止在导轨上． (3) 滑块1的动量大于滑块2的动量，说明滑块1一定加速，滑块2减速，故说明导轨左侧低于导轨右侧． 内容索引 利用气垫导轨进行验证时，要保证气垫导轨水平放置，认清动量方向，验证多种情况下的动量守恒． 内容索引 [2025南通期中]某小组同学用气垫导轨验证滑块碰撞过程中的动量守恒，实验装置如图所示． (1) 实验前，应调节气垫导轨底部的调节旋钮，使导轨________；充气后，当滑块在导轨上运动时，满足____________________________，说明气垫导轨已经调节好． 1 水平 通过1、2光电门时间相等 内容索引 (2) 实验时，先使滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳，然后释放滑块1，滑块1通过光电门1后与左侧固定有弹簧的滑块2碰撞，碰后滑块1和滑块2依次通过光电门2，两滑块通过光电门2后依次被制动；实验中需要测量滑块1(包括挡光片)的质量m1、滑块2(包括弹簧和挡光片)的质量m2、滑块1通过光电门1的挡光时间Δt1、通过光电门2的挡光时间Δt2，还需要测量______________________________(写出物理量及其表示符号)． (3) 如果表达式______________(用已测物理量的符号表示)成立，则说明滑块碰撞过程中动量守恒． 滑块2通过光电门2的时间Δt3 内容索引 (4) 该组同学想用已测数据验证该碰撞是弹性碰撞，若m1＝2m2，则需要验证的等式为_______________(用已测物理量的符号Δt1、Δt2表示)． (5) 另一组同学遗漏上述第一步操作，多次实验测量，发现总有滑块1动量变化量小于滑块2动量变化量，造成该误差的原因可能是导轨______(选填“左”或“右”)端偏高． 3Δt1＝Δt2 左 内容索引 【解析】 (1) 滑块在气垫导轨上运动时受到的阻力很小，根据实验要求，实验前，应调节气垫导轨底部的调节旋钮，使导轨水平，充气后，当滑块在导轨上运动时，满足通过1、2光电门时间相等，说明气垫导轨已经调节好． (2) 为了计算碰后滑块2的速度，还需要测量滑块2通过光电门2的时间Δt3. 内容索引 内容索引 内容索引 二、 利用斜槽滚球验证动量守恒定律 如图所示，用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系． (1) 实验中，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的．但是，可以通过仅测量______，间接地解决这个问题． A. 小球开始释放高度h B. 小球抛出点距地面的高度H C. 小球做平抛运动的射程 2 C 内容索引 (2) 图中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影，实验时先让入射球m1多次从倾斜轨道上S位置静止释放，找到其平均落地点的位置P，测量平抛射程OP，然后，把被碰小球m2静置于轨道的水平部分，再将入射球m1从斜轨上S位置静止释放，与小球m2相碰，并多次重复． 接下来要完成的必要步骤是__________. A. 用天平测量两个小球的质量m1、m2 B. 测量小球m1开始释放高度h C. 测量抛出点距地面的高度H D. 分别找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、N E. 测量平抛射程OM、ON ADE 内容索引 (3) 若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为__________________________________[用(2)中测量的量表示]；若碰撞是弹性碰撞，那么还应满足的表达式为_______________________________ [用(2)中测量的量表示]． m1·OM＋ m2·ON＝m1·OP m1·OM2＋m2·ON2＝m1·OP2 内容索引 内容索引 利用斜槽滚球碰撞进行验证：(1) 安装实验装置时，应注意调整斜槽，使斜槽末端水平；(2) 选质量较大的小球为入射小球；(3) 入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放；(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． 内容索引 [2026泰州月考]如图甲所示为“研究碰撞中动量守恒”的实验装置．实验时，先让质量为m1的小钢球A从斜槽上某一位置由静止开始运动，从轨道末端水平抛出，落到水平地面上P点，然后再把质量为m2的小钢球B放到轨道末端处于静止，再让小钢球A从斜槽开始运动，在轨道末端与小钢球B发生对心碰撞，结果小球B落到水平地面上N点，小球A落到水平地面上的M点． 2 内容索引 甲　 乙 丙 内容索引 (1) 实验中，必须要测量的物理量有________. A. 小球开始释放的高度h B. 小球抛出点距地面的高度H C. 小球做平抛运动的水平距离 D. 小球A、B的质量m1、m2 (2) 实验中，下列说法正确的是______. A. 斜槽一定要光滑 B. 两球半径一定要相同 C. 两球质量关系一定要满足m1<m2 CD B 内容索引 (3) 小球释放后落在复写纸上会在白纸上留下印迹，如图丙所示．多次试验后，白纸上留下了7个印迹，如果用画圆法确定小球的落点P，图中画的三个圆最合理的是______(填字母代号)． (4) 用如图所示的实验装置验证动量守恒定律，一同学在实验中记录了某次碰撞前后小球落点的位置P和M、N，发现M、N点不在OP连线上，下列图中落点位置可能正确的是______. A B C D C B 内容索引 (5) 若某次实验时，A、B两钢球落地点分布如图乙所示，M、P、N与O点(O点是水平轨道末端正下方的投影)距离分别为x1、x2、x3，若满足________________________(用m1、m2、x1、x2、x3表示)，则该碰撞前后动量守恒．若还满足________________(用x1、x2、x3表示)，则说明该碰撞为弹性碰撞．   m1x2＝m1x1＋m2x3 x1＋x2＝x3 内容索引 内容索引 (2) 只要入射球从斜槽的同一位置由静止释放即可保证小球到达轨道末端的速度相等，斜槽不必光滑，故A错误；为了保证两球发生对心正碰，两球半径一定要相同，故B正确；为了保证碰撞后入射小球不反弹，入射球的质量应大于被碰球的质量，即两球质量关系一定要满足m1＞m2，故C错误． (3) 实验结束后，舍掉误差较大的点，用尽量小的圆把落点圈在一起，圆心即为小球的平均落地点，则图中画的三个圆最合理的是C. 内容索引 (4) 碰撞前的动量等于碰撞后的动量，设碰撞的小球质量为m1，被碰撞小球质量为m2，所以P点是碰撞前入射小球单独的落点位置，M是碰撞后入射小球的落点位置，N是被碰小球的落点位置，M、N点不在OP连线上，说明两小球碰撞时不沿OP方向，可知碰撞前后两小球在垂直于OP方向上动量守恒，两小球在垂直于OP方向的速度方向相反，则两小球落地点在OP的两侧，则有m1v1y－m2v2y＝0，由于m1>m2，所以v1y<v2y，碰撞后两小球做平抛运动，下落的高度相等，所以下落的时间相等，在垂直于OP方向的位移y＝vyt，则有y1<y2，B正确． 内容索引 内容索引 活动二　分析创新实验 [2024南通一模]某小组做“验证动量守恒定律”实验：一长木板固定在水平桌面上，其左端固定一个弹射装置．两个小滑块A、B质量分别为mA、mB，与木板间的动摩擦因数相同，滑块A每次被弹射装置弹出的速度相同．主要实验步骤如下： 3 内容索引 甲 乙 丙 内容索引 ①A紧靠弹射装置，被弹出后停在木板上的P点，如图甲所示； ②将B放在木板上的某一位置O处，测出P与O两点间的距离x0，如图乙所示； ③A紧靠弹射装置，被弹出后与B发生正碰，A被弹回； ④分别测出A、B两滑块停下时的位置与O点的距离xA、xB，如图丙所示． 内容索引 根据以上实验步骤，回答以下问题： (1) mA______(选填“<”“＝”或“>”)mB. (2) A到达O点时的速度vA与x0的关系满足______. (3) 若表达式满足_______________________，则碰撞中动量守恒；若表达式再满足___________________________________________，则碰撞过程为弹性碰撞．(均用mA、mB、x0、xA、xB表示) (4) B所放的位置O不能过于偏左或偏右，请简要说明理由：_____ _____________________________________________________________________________________________________. < C 若过于偏左，滑块A与B碰撞反弹后可能与弹射装置再次相碰；若过于偏右，B被碰撞后的位移过小，测量误差过大 内容索引 内容索引 内容索引 [2026常州期中]某实验小组想用多种方式验证动量守恒定律．如图甲所示，小明同学选取两个体积相同、质量不等的小球，先让质量为m1的小球从轨道顶部由静止释放，由轨道末端的O点飞出并落在斜面上．再把质量为m2的小球放在O点，让小球m1仍从原位置由静止释放，与小球m2碰后两小球均落在斜面上，分别记录落点痕迹，其中M、P、N三个落点的位置距离O点的长度分别为xOM、xOP、xON. 甲 乙 4 内容索引 (1) 用游标卡尺测得两小球的直径均如图乙所示，则小球直径d＝_________cm. (2) 为了顺利完成实验，两个小球的质量应满足__________. (3) 关于该实验，下列说法正确的是________.(多选) A. 小球的半径大小对实验结果没有影响 B. 安装轨道时，轨道末端必须水平 C. 同一组实验的不同碰撞中，每次质量为m1的小球必从同一高度由静止释放 (4) 在实验误差允许的范围内，若满足关系式________________ __________，则可认为两球碰撞过程中动量守恒(用题目中的物理量表示)． 1.070 m1>m2 BC 内容索引 A B C C 内容索引 【解析】 (1) 小球直径d＝10 mm＋0.05×14 mm＝10.70 mm＝1.070 cm. (2) 为了保证小球m1碰后不被反弹，两个小球的质量应满足m1>m2. (3) 小球的半径大小必须相等，故A错误；为了保证小球做平抛运动，轨道末端必须水平，故B正确；为了保证小球做平抛运动的初速度相同，同一组实验的不同碰撞中，每次质量为m1的小球必须从同一高度由静止释放，故C正确． 内容索引 内容索引 谢谢观看 Thank you for watching m2－m1＝0 【解析】 (1) 设向右为正方向，两滑块开始时的总动量为零，分离后两滑块均匀速经过光电门，则根据平均速度公式可知，两滑块的速度大小分别为v1＝，v2＝，则碰后的动量为m2－m1，根据动量守恒定律则有m2－m1＝0. ＝＋ (3) 设挡光片的宽度为d，则碰前滑块1的速度为v1＝，碰后两滑块的速度分别为v′1＝，v′2＝，若滑块碰撞过程中动量守恒，则m1v1＝m1v′1＋m2v′2，将两滑块碰前和碰后的速度代入得 ＝＋. (4) 若两滑块发生的是弹性碰撞，则需满足m1v1＝m1v′1＋m2v′2，m1v＝m1v′＋m2v′，又m1＝2m2，v1＝，v′1＝，联立解得3Δt1＝Δt2. (5) 滑块1动量变化量小于滑块2动量变化量，说明系统的总动量增大，造成该误差的原因可能是导轨的左端偏高． 【解析】 (1) 小球碰前和碰后的速度都可用平抛运动来测定，即v＝，即m1＝m1＋m2.而由H＝gt2知，每次下落竖直高度相等，平抛时间相等，则可得m1·OP＝m1·OM＋m2·ON.故只需测小球做平抛运动的射程，故C正确． (2) 由表达式知，在OP已知时，需测量m1、m2、OM和ON，故必要步骤是A、D、E. (3) 若为弹性碰撞，则同时满足动能守恒.m12＝m12＋m22，即m1·OP2＝m1·OM2＋m2·ON2. 【解析】 (1) 设入射小球碰撞前瞬间的速度为v0，碰撞后瞬间入射小球和被碰小球的速度分别为v1、v2，OP距离为x2，OM距离为x1，ON距离为x3，根据动量守恒可得m1v0＝m1v1＋m2v2，小球离开斜槽后做平抛运动，下落高度相等，在空中运动时间相等，则有v0＝，v1＝，v2＝，联立可得m1x2＝m1x1＋m2x3，故实验中，必须要测量的物理量有小球做平抛运动的水平距离，小球A、B的质量m1、m2.C、D正确． (5) 若某次实验时，A、B两钢球落地点分布如图乙所示，M、P、N与O点(O点是水平轨道末端正下方的投影)距离分别为x1、x2、x3，根据(1)问分析可知，若满足m1x2＝m1x1＋m2x3，则该碰撞前后动量守恒．若碰撞为弹性碰撞，根据机械能守恒可得 m1v＝m1v＋m2v，又m1v0＝m1v1＋m2v2，联立可得v0＋v1＝v2，则还满足x1＋x2＝x3，则说明该碰撞为弹性碰撞． A. vA∝x　 B. vA∝x0　 C. vA∝ mA(＋)＝mB mAx0＝mAxA＋mBxB(或者－＝) 【解析】 (1) 滑块A与B碰撞，设向右为正，碰撞前滑块A的速度为v0，碰撞后滑块A的速度为v1，滑块B的速度为v2，由动量守恒定律得mAv0＝mAv1＋mBv2，由机械能守恒定律得 mAv＝mAv＋mBv，解得v1＝v0，由于滑块A反弹，所以v1<0，则mA<mB. (2) 滑块A由O点运动到P点，由动能定理得－μmAgx0＝0－mAv，解得vA＝，则vA∝，C正确. (3) 若碰撞中动量守恒，则mAvA＝－mAv1＋mBv2，又vA＝，v1＝，v2＝，解得mA(＋)＝mB，若碰撞中动量守恒，机械能守恒，则mAvA＝－mAv1＋mBv2，mAv＝mAv＋mBv，解得mAx0＝mAxA＋mBxB(或者 －＝)． (4) 若过于偏左，滑块A与B碰撞反弹后可能与弹射装置再次相碰；若过于偏右，B被碰撞后的位移过小，测量误差过大． m1＝m1 ＋m2　 (5) 小帅同学利用该套装置做了一个新实验，仅改变小球m2的质量(两小球质量关系仍符合题干条件)，其他条件均不变，将小球m1多次从轨道顶部由静止释放，与不同质量的小球m2相碰，分别记录对应的落点到O点距离xOM、xOP、xON，以为横坐标、为纵坐标作出图像，若该碰撞为弹性碰撞，则下列图像正确的是______. (4) 小球飞出后均做平抛运动，假设小球位移为x，由平抛运动的知识可得xcos θ＝vt，xsin θ＝gt2，解得v＝cos θ·，由碰撞规律可知m1vP＝m1vM＋m2vN，联立解得m1＝m1＋m2. (5) 小球m1的碰前速度保持不变，则xOP不变，根据前问可得动量守恒关系式m1＝m1＋m2，能量守恒关系式m1xOP＝m1xOM＋m2xON，联立解得＝＋，C正确． $