1.4实验：验证动量守恒定律 教学设计-2026-2027学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

该高中物理教学设计聚焦“验证动量守恒定律”核心实验，通过复习动量守恒定律内容及守恒条件导入，设问如何利用实验验证理论，搭建从理论推导到实验操作的学习支架，衔接前后知识。 资料特色在于采用气垫导轨与斜槽平抛双实验方案对比教学，分组实操贯穿器材组装、数据采集、误差分析完整探究流程。以科学探究落实实验操作规范，科学思维培养误差溯源与等效替代能力（如斜槽实验用位移替代速度），助力学生提升实验素养，为教师提供可直接应用的教学方案与易错点指导。

1.4实验：验证动量守恒定律（教学设计） 一、教学基本信息 授课学科：高中物理 教材版本：人教版2019高中物理选择性必修第一册 授课章节：第一章 第4节 实验：验证动量守恒定律 授课年级：高二 课时安排：1课时（45分钟） 授课类型：物理分组实验课、探究验证课 二、教材分析 本节课是第一章动量单元唯一一节分组实验课，承接1.3动量守恒定律理论知识，实现物理规律从理论推导到实验验证的闭环教学。教材给出两套经典实验方案：气垫导轨碰撞实验、斜槽小球平抛碰撞实验，两套方案均规避外力干扰，创设系统合外力为零的实验条件。 本节核心任务是利用间接测量法测量碰撞前后速度，计算系统总动量，验证动量守恒定律。既是对动量、动量守恒、矢量运算知识的综合应用，也是高中物理必考力学实验。同时本节课强化实验操作、数据处理、误差分析能力，落实物理实验探究素养，为后续弹性碰撞、反冲运动学习夯实实验思维，在章节教学中起到承上启下、知行合一的作用。 三、学情分析 知识基础：学生课前已经掌握动量计算公式、动量守恒定律内容、守恒条件，熟知平抛运动规律、匀速直线运动特点，理解矢量运算规则；掌握光电门测速、平抛落点测速原理，具备基础力学实验理论储备。 能力基础：高二学生具备基础实验操作、刻度尺读数、数据记录能力，能够完成小组分工协作；具备简单的数据运算、误差分析能力，但缺少物理实验等效替代测速思维。 思维短板：一是无法理解平抛实验用水平位移替代速度的原理；二是实验操作不规范，难以调平实验装置，引入系统外力；三是有效数字保留混乱，忽略动量矢量性；四是不会归类系统误差、偶然误差，实验结论表述不严谨。 四、教学目标 （一）物理观念 1.熟记两套验证动量守恒实验的实验原理、实验条件，理解创设合外力为零的实验思路； 2.掌握平抛实验位移等效替代速度的物理思想，明晰两种实验方案的优缺点； 3.通过实验数据验证动量守恒，巩固系统、内力、外力、动量矢量性相关知识。 （二）科学思维 1.构建碰撞物理模型，掌握间接测量物理量的等效思维，优化物理测量方法； 2.通过对比两组实验误差来源，培养误差溯源、批判性思维； 3.规范实验数据运算，强化矢量运算思维，规避标量运算误区。 （三）科学探究 1.亲历实验方案遴选、器材组装、规范操作、数据采集、数据处理、结论归纳完整探究流程； 2.小组合作完成两组对比实验，自主排查实验操作故障，优化实验操作； 3.精准记录实验数据，分析系统误差与偶然误差，撰写简易实验结论。 （四）科学态度与责任 1.养成规范操作、如实记录数据、不篡改实验数据的求真求实实验态度； 2.树立物理理论依托实验验证的科学观念，养成小组分工协作、互帮互助的探究习惯； 3.重视实验安全，规范力学器材操作，树立严谨、合规的实验探究意识。 五、教学重难点 重点 1.两套实验方案的实验原理、操作步骤； 2.碰撞前后速度测量方法、实验数据处理，验证动量守恒； 3.规范实验操作，创设动量守恒实验条件。 难点 1.斜槽实验水平位移等效替代速度的原理理解； 2.实验系统误差溯源、优化实验减小误差； 3.规避动量矢量运算错误，规范实验结论表述。 六、教学准备 （一）实验器材 方案一：气垫导轨、数字光电门、滑块、配重片、天平、遮光片、导线、电源 方案二：斜槽轨道、大小相等入射小球、被碰小球、天平、白纸、复写纸、刻度尺、重锤、垫板 （二）教学教具 多媒体课件、实验易错操作视频、数据记录表、实验报告单、误差分析微课 （三）学情分组准备 4人一组，固定分工：器材操作员、读数记录员、数据计算员、故障排查员；课前预习实验步骤，提前复习平抛运动规律。 七、教学过程 （一）复习导入，激趣设问（4分钟） 1.教师提问复习：动量守恒定律内容？动量守恒必备条件？ 学生集体作答：如果一个系统不受外力，或者所受外力的矢量和为 0，这个系统的总动量保持不变。这就是动量守恒定律。 动量守恒必备条件：系统合外力为零，系统总动量保持不变。 2.情境设问：理论推导得出动量守恒定律，如何利用实验室器材动手验证？现实实验无法做到完全不受外力，如何创设近似守恒条件？ 3.引出课题：本节课利用课本两套经典实验方案，分组实操，亲手验证动量守恒定律。 设计意图：串联新旧知识，打通理论与实验壁垒，抛出实操难点，激发探究积极性。 （二）原理探究，拆解难点（8分钟） 探究活动一：小组自主研读课本，梳理两套实验原理 教师发放导学案，学生限时3分钟研读课本，小组讨论完成原理填空，拆解测速难点。 小组探究1：气垫导轨实验原理 （1）气垫导轨喷气消除______，竖直方向受力平衡，系统______为零，满足动量守恒条件； （2）遮光片宽度极小，滑块经过光电门平均速度近似等于______； （3）测速公式：v= ，代入动量公式验证m1v1+m2v2=m1+m2。 探究标准答案：摩擦力；合外力；瞬时速度 小组探究2：斜槽平抛实验原理 （1）调节斜槽末端______，小球碰撞后做平抛运动； （2）两小球下落高度相同，平抛______相等； （3）由x=vt，下落时间t恒定，水平位移x与初速度v成______，可用水平位移替代速度计算动量。 探究标准答案：切线水平；下落时间；正比 师生易错点拨：斜槽实验不需要测量平抛时间、速度，直接用位移等效替代，简化实验操作，降低测量误差。 （三）分组实操，深度探究（22分钟） 全班分为两大实验组，一半小组做气垫导轨实验，一半小组做斜槽平抛实验，互换复盘，教师巡回指导，全程落实学生自主探究。 探究任务一：气垫导轨实验实操（11分钟） 学生分步操作、自主探究 1.组装器材：连接光电门、电源，开启气泵，调节导轨底座调平螺丝，直至滑块静止悬浮； 2.测量两滑块质量m1、m2，测量遮光片宽度Δx，如实填写实验记录表； 3.固定滑块2静止，轻推滑块1，二者发生一维正碰，光电门自动记录遮光时间； 4.改变滑块配重、改变初速度，重复3次实验，规避偶然误差； 5.计算员计算碰撞前后速度、系统总动量，对比数值。 学生探究现象：误差允许范围内，碰撞前后系统总动量近似相等。 小组自主排查故障 问题1：动量偏差过大？排查：导轨未调平、气泵气压不足、遮光片歪斜。 问题2：滑块碰撞偏移？排查：滑块未正对碰撞，未实现一维正碰。 探究任务二：斜槽平抛实验实操（11分钟） 学生分步操作、自主探究 1.安装斜槽，调节末端切线水平，重锤定位确定抛出点竖直投影； 2.白纸、复写纸平铺地面，固定位置，保证落点记录精准； 3.不放被碰小球，入射小球从同一位置静止释放，重复5次，圈出落点圆心，记为P点； 4.放置等质量被碰小球，同一释放位置释放入射小球，碰撞后两球平抛，记录落点M、N； 5.刻度尺测量OP、OM、ON水平位移，带入等效公式验证m1·OP=m1·OM+m2·ON。 探究硬性要求（学生熟记） （1）入射小球质量必须大于被碰小球，防止反弹； （2）每次释放位置必须相同，保证初速度一致； （3）斜槽摩擦无需消除，只需保证初速度恒定。 探究活动三：全员合作误差分析（5分钟） 小组合作汇总，自主归纳误差来源，分类填写： 1.系统误差：气垫导轨残留空气阻力、斜槽末端不水平、小球转动产生转动动量； 2.偶然误差：刻度尺读数偏差、落点描点偏差、释放小球发力不稳； 3.优化方案：多次测量取平均值、精准调平器材、减小小球转动。 （四）实验总结，规律梳理（6分钟） 1.师生共同归纳实验结论：误差允许范围内，一维碰撞系统合外力近似为零，碰撞前后系统总动量守恒，验证动量守恒定律成立。 2.方案对比探究：学生小组互评两套实验优劣 气垫导轨：误差小、操作简单、器材昂贵；斜槽实验：器材简易、误差偏大、考场常考。 3.实验易错汇总：忽略矢量方向、释放位置变化、斜槽不水平、入射小球质量过小。 （五）当堂检测，夯实落实（4分钟） 1．用如图所示的装置来验证动量守恒定律，小球a、b的质量分别为ma、mb，实验过程中，木板上留下撞击痕迹M、P、N。下列说法正确的是（   ） A．必须要测出木板到斜槽末端的水平距离 B．实验中应满足ma < mb C．M点是未放b球时，a球的撞击点 D．若动量守恒，则有 【参考答案】D 2．A、B两小物块在一水平长直气垫导轨上相碰，用频闪照相机每隔时间t拍照一次，连续拍照四次，拍得如图所示的照片，已知四次拍照时两小物块均在图示坐标范围内，若不计两小物块的大小及碰撞过程所用的时间，则由此照片可判断（　　） A．第二次拍照时物块B在60cm处，并且 B．第二次拍照时物块B在65cm处，并且 C．第二次拍照时物块A在25cm处，并且 D．第二次拍照时物块A在50cm处，并且 【参考答案】C 3．在“验证动量守恒定律”中，实验小组分别设计了如图实验装置。 (1)为了保证每次小球都从固定在桌边上的斜槽末端水平抛出，安装器材时要注意使斜槽末端的切线沿________方向。 (2)为了保证小球A碰撞小球B之前的速度不变，每次由静止释放小球A时必须从斜槽上________滚下。 (3)两个小球碰撞之后都直接向前做平抛运动，则小球的质量与小球的质量应满足________（填“>”“<”或“=”）。 (4)验证两个小球碰撞过程动量守恒的关系式为____________（用、表示）。 【参考答案】(1)水平 (2)同一位置 (3)> (4) 4．某同学欲采用课本上介绍的气垫导轨和光电计时器等装置进行“验证动量守恒定律”的实验。实验装置如图所示，实验的主要步骤如下： ①测得和两滑块上遮光片的宽度均为； ②安装好气垫导轨和光电门，向气垫导轨通入压缩空气，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平； ③利用固定在气垫导轨两端的弹射装置，使滑块、分别向左和向右运动，测出滑块、在碰撞前经过光电门过程中挡光时间分别为和； ④观察发现滑块、碰撞后通过粘胶粘合在一起，且运动方向与滑块碰撞前运动方向相同。 (1)滑块碰撞前速度的大小为______。 (2)为了验证碰撞中动量守恒，除了上述已知条件外，还必须要测量的物理量有______。 A．两个光电门之间的距离 B．滑块、两滑块（包含遮光片）的质量、。 C．碰撞后滑块经过光电门时遮光片挡光的时间 D．碰撞后滑块经过光电门时遮光片挡光的时间 (3)为了验证滑块、碰撞过程中动量守恒，需要验证的关系式是______。（用题干中已知量字母和（1）问中所选已知量的字母表示）。 【参考答案】(1) (2)BD (3) （六）课堂收尾（1分钟） 整理实验器材，归还仪器；梳理实验原理、操作要点、误差来源，完善实验数据报告单。 八、板书设计 1.4实验：验证动量守恒定律 一、实验总条件 系统合外力≈0，一维正碰 二、两套实验方案 方案1：气垫导轨实验 原理：消摩擦→合外力为零；v= 优点：误差小 方案2：斜槽平抛实验 原理：平抛t相等，x∝v，位移等效速度 要求：槽口水平、m入>m被、同位置释放 三、实验结论 误差允许范围内，系统总动量守恒 四、误差：系统误差+偶然误差 九、教学反思 本节课采用分组对照实验开展教学，落实学生主体地位，依托课本两套实验方案，兼顾实操能力与应试考点，顺利完成动量守恒验证探究。课堂中学生参与实验积极性较高，能够自主完成器材组装、数据测量，基本理解等效测速思想。课堂暴露出两大问题：部分学生装置调平能力薄弱，实验初始误差偏大；少数学生不懂位移替代速度的物理逻辑，机械操作实验。后续教学中，课前增设器材调平微训练，拆分等效原理分步讲解，增加实操纠错环节；精简冗余讲解，预留更多数据处理时间，强化实验逻辑思维，提升实验课堂实效性。 学科网（北京）股份有限公司 $