第7章　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，依据高考评价体系梳理了动量守恒表达式推导、速度测量方法、数据处理规范三大核心考点，通过近五年高考真题分析明确“斜槽滚球实验”占60%、“气垫导轨实验”占35%的高频考查方向，归纳出“平抛射程替代速度”“遮光片宽度算速度”等典型题型。 课件亮点在于“原型实验+创新拓展+素养落地”的备考设计，如以2023年新课标卷实验题为例，深入解析“质量测量—速度计算—动量验证”的科学探究流程，培养学生模型建构和科学推理素养。特设“易错点警示”专栏，针对“斜槽末端不水平”“挡光时间测量误差”等问题提供解决方案，助力学生掌握实验题得分技巧，教师可据此开展精准复习，提升备考效率。

实验八　验证动量守恒定律 一、实验原理 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 二、实验方案 方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 [实验器材] 气垫导轨、光电计时器、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。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 [实验步骤] 1．测质量：用_______测出滑块质量。 2．安装：正确安装好气垫导轨。 3．实验：接通电源，利用配套的光电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改变滑块的初速度大小和方向)。 天平 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 [数据处理] 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′。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 方案二　利用斜槽滚球验证动量守恒定律 [实验器材] 斜槽、小球(两个)、天平、复写纸、白纸、圆规、刻度尺等。 [实验步骤] 1．测质量：用_______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：按照如图所示安装实验装置。调整 固定斜槽使斜槽底端_______。 天平 水平 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 3．铺纸：白纸在下，复写纸在上且在适当位置铺放好。记下重垂线所指的位置O。 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_____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。 P 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 [数据处理] 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·OP＝m1·OM＋m2·ON。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 [注意事项] 1．前提条件：碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”。 2．案例提醒 (1)若利用气垫导轨进行验证，调整气垫导轨时，应确保导轨_______。 (2)若利用平抛运动规律进行验证： 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上___________由静止释放； ③选质量较_____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。 水平 同一位置 大 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 1 教材原型实验 (基础考点·自主探究) 【跟踪训练】 (利用斜槽滚球验证动量守恒定律)用如 图所示装置验证动量守恒定律。先安装好实验装 置，在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸，记 下重垂线所指的位置O。接下来的实验步骤如下： 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 步骤1：不放小球2，让小球1从斜槽上A点由静止滚下，并落在地面上。重复多次，用尽可能小的圆，把小球的所有落点圈在里面，其圆心就是小球落点的平均位置； 步骤2：把小球2放在斜槽末端边缘位置B，让小球1从A点由静止滚下，使它们碰撞，重复多次，并使用与步骤1同样的方法分别标出碰撞后两小球落点的平均位置； 步骤3：用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置M、P、N离O点的距离，即线段OM、OP、ON的长度。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 (1)对于上述实验操作，下列说法正确的是________； A．小球1每次必须在斜槽上相同的位置从静止滚下 B．小球1可以在斜槽上不同的位置从静止滚下 C．斜槽轨道末端必须水平 D．斜槽轨道必须光滑 AC 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 (2)若入射小球质量为m1，半径为r1；被碰小球质量为m2，半径为r2，需_____； A．m1>m2，r1>r2 B．m1>m2，r1＝r2 C．m1<m2，r1>r2 D．m1<m2，r1＝r2 B 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 (3)上述实验除需测量线段OM、OP、ON的长度外，还需要测量的物理量有_____； A．A、B两点间的高度差h1 B．B点离地面的高度h2 C．小球1和小球2的质量m1、m2 D．小球1和小球2的半径r1、r2 (4)当所测物理量满足表达式_______________________________(用所测物理量的字母表示)时，即说明两球碰撞遵守动量守恒定律。 C m1·OP＝m1·OM＋m2·ON 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 [解析]　(1)小球1每次自由滚下时，需保证高度不变，以保证小球1滚到斜槽末端时的速度不变，故A正确，B错误；斜槽末端必须水平，以保证小球1碰撞前速度水平，并且保证小球1、2做平抛运动，故C正确；只要小球1从同一位置释放即可，并不需要保证斜槽光滑，故D错误。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 (2)在小球碰撞前后，由动量守恒定律可得m1v0＝m1v1＋m2v2 为了保证碰撞前后，小球1的速度方向不变，故需满足m1>m2，且为了保证两小球发生对心正碰，需满足r1＝r2，故A、C、D错误，B正确。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 根据动量守恒定律，可得m1v0＝m1v1＋m2v2 解得m1·OP＝m1·OM＋m2·ON。 由表达式可知，不必测量A、B两点间的高度差和B离地面的高度，A、B错误；验证动量守恒定律时，需要小球的质量，C正确；小球的半径保证一样即可，无需测量两小球的半径，D错误。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 (利用气垫导轨验证动量守恒定律)某同学欲采用气垫导轨和光电计时器等器材进行“验证动量守恒定律”的实验。实验装置如图所示，下面是实验的主要步骤： ①安装好气垫导轨和光电门，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平； ②测得A和B两滑块上遮光片的宽度均为d； 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 ③得到A、B两滑块(包含遮光片)的质量m1、m2； ④向气垫导轨通入压缩空气； ⑤利用气垫导轨左右的弹射装置，使滑块A、B分别向右和向左运动，测出滑块A、B在碰撞前经过光电门过程中的挡光时间分别为Δt1和Δt2； ⑥观察发现滑块A、B碰撞后通过粘胶粘合在一起，运动方向与滑块B碰撞前运动方向相同，此后滑块A再次经过光电门时挡光时间为Δt。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 试解答下列问题： (1)碰撞前滑块A的速度大小为______，碰撞前滑块B的速度大小为 ______。 (2)为了验证碰撞中动量守恒，需要验证的关系式是______________ _________(用题中物理量表示)。 (3)有同学认为利用此实验装置还能计算碰撞过程中损失的机械能。请用上述实验过程测出的相关物理量，表示出A、B系统在碰撞过程中 损失的机械能ΔE＝______________________。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 2 创新实验提升 (能力考点·深度研析) 1．实验方案和器材的改进 验证动量守恒定律关键是碰前和碰后速度的测定，除了可以用光电门、平抛运动测速度，还可以用动能定理测物体在水平面上的速度，用机械能守恒定律测物体做圆周运动的速度。 2．实验方法的迁移应用 利用此方法可以验证碰撞过程中是否有动能损失。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 ►考向1　实验装置的改进 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。用天平测量两个小球的质量m1、m2，且m1>m2；直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的，但是可以通过测量相关量，来间接解决这个问题。下面是三个实验小组的实验情况： 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 (1)实验小组甲的实验装置如图1所示。图中O点是小球抛出点在水平地面上的垂直投影，实验时，先让入射球m1多次从斜轨上A位置静止释放；然后把被碰小球m2静止于轨道的水平部分，再将入射小球m1，从斜轨上A位置静止释放，与小球m2相撞，并多次重复，分别找到小球的平均落点M1、P1、N1，并测量出平均水平位移OM1、OP1、ON1的长度x1、x2、x3。(用上述步骤中测量的量表示)，若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为：_________________。 m1x2＝m1x1＋m2x3 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 (2)实验小组乙的实验装置如图2所示。在水平槽末端的右侧放置一个竖直屏，竖直屏的O点与小球的球心等高。使小球1仍从斜槽上A点由静止滚下，重复实验(1)的操作，得到两球落在竖直屏上的平均落点M2、P2、N2，量出OM2、OP2、ON2的高度h1、h2、h3。(用上述步骤中 测量的量表示)，则验证两球碰撞过程中动量守恒的表达式为：________ _______。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 (3)实验小组丙的实验装置如图3所示。在水平槽末端与水平地面间放置了一个斜面，斜面的顶点与水平槽等高且无缝连接。使小球1仍从斜槽上A点由静止滚下，重复实验(1)的操作，得到两球落在斜面上的平均落点M3、P3、N3，用刻度尺测量斜面顶点到M3、P3、N3三点的距离分别为l1、l2、l3。(用上述步骤中测量的量表示)则验证两球碰撞过程中动量守恒的表达式为____________________。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 [解析]　(1)设小球1碰撞前瞬时速度为v0，碰撞后瞬间小球1、小球2的速度分别为v1、v2。小球离开轨道后做平抛运动，由于小球抛出点的高度均相同，在空中的运动时间t相等，水平位移x与其初速度成正比，可以用小球的水平位移代替小球的初速度。无碰撞时小球1的平均落点为P1，碰撞后小球1、小球2的平均落点分别为M1、N1。若两球碰撞过程动量守恒，则有：m1v0＝m1v1＋m2v2， 又有x2＝v0t，x1＝v1t，x3＝v2t， 联立整理得m1x2＝m1x1＋m2x3。 若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为m1x2＝m1x1＋m2x3。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 (2)设小球在B点平抛初速度为v，水平位移为x，竖直位移为H，对于平抛运动有 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 若两球相碰前后的动量守恒，需满足m1v0′＝m1v1′＋m2v2′， 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 (3)设斜面倾角为θ，平抛初速度为v，落点与抛出点的距离为L，对于平抛运动 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 ►考向2　实验方案的改进 某同学为了验证对心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。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 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。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 (1)在本实验中，甲选用的是_______(填“一元”或“一角”)硬币； (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)； 一元 见解析 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 (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，产生这种误差可能的原因有：①测量误差，因为无论是再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所受合外力不为零。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 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′，验证碰撞前后动量是否守恒。 不考虑小球碰撞损失的机械能，由能量守恒定律可得m1v＝m1v＋m2v 解得v1＝v0 (3)(4)小球下落的时间为t＝ 小球1碰撞前后的速度分别为v0＝ v1＝ 小球2碰撞后的速度为v2＝ －＝ [解析]　(1)碰撞前滑块A的速度大小vA＝，碰撞前滑块B的速度大小vB＝。 (2)为了验证碰撞中动量守恒，需要验证关系式mBvB－mAvA＝(mB＋mA)v，其中碰后的共同速度v＝，代入数据可得：－＝。 (3)A、B系统在碰撞过程中损失的机械能ΔE＝mAv＋mBv－(mA＋mB)v2，代入数据可得：ΔE＝。 ＝ ＋ m1＝m1＋m2 x＝vt，H＝gt2，解得v＝x， 可见当x一定，平抛初速度v与成正比，设小球1碰撞前瞬时速度为v0′，碰撞后瞬间小球1、小球2的速度分别为v1′、v2′。每次平抛运动的水平位移x一定，平抛初速度越大，下落的高度越小即越靠近O点，可知无碰撞时小球1的平均落点为P2，碰撞后小球1、小球2的平均落点分别为N2、M2。可得v0′∶v1′∶v2′＝∶∶， 联立整理得＝＋。 则验证两球碰撞过程中动量守恒的表达式为＝＋。 x＝Lcos θ＝vt，h＝Lsin θ＝gt2， 解得v＝。 可见平抛初速度v与成正比。设小球1碰撞前瞬时速度为v0″，碰撞后瞬间小球1、小球2的速度分别为v1″、v2″，无碰撞时小球1的平均落点为P3，碰撞后小球1、小球2的平均落点分别为M3、N3。可得v0″∶v1″∶v2″＝∶∶， 若两球相碰前后的动量守恒，需满足m1v0″＝m1v1″＋m2v2″， 联立整理得m1＝m1＋m2。 则验证两球碰撞过程中动量守恒的表达式为m1＝m1＋m2。 (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； (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_________。 [解析]　(1)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。 (2)甲从O点到P点，根据动能定理 －μm1gs0＝0－m1v 解得碰撞前，甲到O点时速度的大小 v0＝。 (3)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＝。 $