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

该高中物理导学案聚焦“验证动量守恒定律”实验，引导学生明确实验思路（碰撞时外力远小于内力可近似守恒）和原理（m₁v₁+m₂v₂=m₁v₁′+m₂v₂′），衔接动量守恒条件的概念，提供器材选择（气垫导轨、斜槽等）和速度测量方法（光电门、平抛运动）的学习支架，为实验操作与数据处理铺垫。 资料亮点在于实验方案多样（气垫导轨和斜槽小球碰撞），注重科学探究（设计实验、测量物理量）和科学思维（将速度转化为遮光片宽度与时间或平抛水平距离），例题分层设计，助力学生掌握实验操作与数据处理，培养物理观念（动量守恒）和科学态度（严谨测量），提升实验能力与问题解决能力。

1.4实验：验证动量守恒定律 [学习目标]　 1. 选取合理的器材，设计合理的方案验证动量守恒定律(重点)。 2. 创设系统满足动量守恒的条件。 3. 掌握一维碰撞前、后速度测量的方法，并学会处理数据(重点)。 4. 体会将不易测量物理量转化为易测量物理量的实验设计思想(重难点)。 【导学】 1．在验证动量守恒定律的实验中 (1)实验思路 ①两个物体发生碰撞时，作用时间________，外力与系统内两物体的相互作用力相比很小，可以近似认为碰撞满足动量守恒定律的条件。 ②实验原理：确定研究对象，通过实验测量两个碰撞物体的质量（m1、m2）及碰撞前后的速度（v1、v1′、v2、v2′），根据动量守恒，应满足________。 (2)物理量的测量： 质量可以用天平直接测量，用__________、数字计时器或速度传感器等测量速度。 说明：使用数字计时器测量速度，其中d为挡光板的______。 进行实验 ①方案1：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 a、实验装置：如图所示 实验器材：( )、数字计时器、天平、滑块（两个）、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥、挡光片等。 b、物理量的测量 i、质量的测量：用( )测量两滑块的质量m1、m2。 ii、速度的测量：，式中的d为滑块上挡光片的( )，Δt为数字计时器显示的滑块上的挡光片经过( )的时间。 iii、碰撞情景的实现：利用弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥设计各种类型的碰撞，利用在滑块上加重物的方法改变碰撞物体的( )。 ②方案2：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 a、实验装置：如图甲所示，让一个质量( )的小球从斜槽上滚下来，与放在斜槽末端的另一质量( )的同样大小的小球发生正碰，斜槽末端保持水平，之后两小球都做( )。 实验器材：铁架台，斜槽轨道，两个大小相等、质量( )的小球，铅垂线，复写纸，白纸，( )，( )，圆规，三角板等。 b、物理量的测量 i、质量的测量：用天平测量两小球的质量m1、m2。 ii、速度的测量：两球碰撞前后的速度，可以利用( )运动的知识求出。 研究对象确定后，还需要明确所需测量的物理量和实验器材。需要测量物体的( )，以及两个物体发生碰撞前后各自的( )。物体的质量可用( )直接测量。 【例题】 一、利用光电门和气垫导轨验证动量守恒定律 2．某实验小组利用如图所示的装置“验证动量守恒定律”。实验步骤如下： ①将气垫导轨调节水平，在导轨上放置两个滑块，滑块上装有宽度相同的遮光片； ②测量两个滑块的质量m1和m2； ③用细线将两个滑块拉近，中间压缩一根轻弹簧，烧断细线后，两滑块向相反方向运动； ④通过光电门记录遮光片经过的时间t1和t2，遮光片宽度为d。 (1)本实验需要验证的动量守恒表达式为___________（用m1、m2、d、t1、t2表示）。 (2)若实验时气垫导轨未调水平，对实验结果___________（填“有”或“无”）影响。 (3)在实验过程中，除了测量质量、时间和宽度外，还需要测量的物理量是___________。 (4)该实验装置还可以用来验证___________定律。 (5)写出本实验的一条注意事项：___________。 3．某同学用图示装置探究两滑块碰撞过程。 ①调节导轨两端的旋钮，直到以一定速度释放滑块后，其上遮光条经过两光电门的遮光时间相等； ②将质量分别为和（含遮光条，）的滑块、放置在导轨上，开始时在光电门1左侧、在两光电门中间。 ③将从光电门1左侧以一定初速度推出，通过光电门1后与静止的滑块碰撞，碰撞时间极短，测得前后两次通过光电门1的遮光时间分别为、，经过光电门2的遮光时间为。 (1)操作①中，某次遮光条通过光电门1的遮光时间大于通过光电门2的遮光时间，则应该降低_______（填“左”或“右”）侧的调节旋钮。 (2)要计算滑块碰撞前后的动量变化量，还需要测量的物理量有______（填正确答案序号）。 A．遮光条的宽度 B．碰撞时上遮光条到光电门1的距离 C．推出时上遮光条到光电门1的距离 (3)若，，某次实验中，，，则碰前滑块的总动量______，碰后滑块的总动量______（未知量可用（2）中所选字母表示），若误差小于可认为碰撞前后动量相等，则本次实验______（填“能”或“不能”）说明碰撞前后系统动量守恒。 二、研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 4．在“探究碰撞中的不变量”实验中，实验装置如图甲所示，实验原理如图乙所示。 (1)小球释放后落在复写纸上会在白纸上留下印迹。多次实验，白纸上留下了10个印迹，如果用画圆法确定小球的落点，图丙中画的三个圆中最合理的是__________ (2)“关于本实验，下列说法正确的是__________（填选项前的字母） A．小球每次都必须从斜槽上的同一位置由静止释放 B．必须测量出斜槽末端到水平地面的高度 C．实验中需要用到重垂线 D．斜槽必须足够光滑且末端保持水平 (3)实验室有如下A、B、C三个小球，则实验时入射小球应该选取__________（填选项字母）。 A．直径，质量 B．直径，质量 C．直径，质量 (4)某同学通过测量和计算发现，两小球碰撞时动量守恒但有机械能损失，并得到图丁所示的落点痕迹，由此可以判断出图丁中的点是__________（填选项前的字母） A．未放被碰小球，入射小球的落地点 B．入射小球碰撞后的落地点 C．被碰小球碰撞后的落地点 5．在“验证动量守恒定律”中，三个实验小组分别设计了如图（a），（b），（c）三个实验装置。 (1)本实验必须测量的物理量有__________（填选项前的字母）。 A．小球a、b的半径、 B．小球a、b的质量、 C．斜槽轨道末端到水平地面的高度H D．纸上O点到A、B、C各点的平均距离OA、OB、OC (2)下列说法中符合本实验要求的是__________。 A．安装轨道时，轨道末端必须水平 B．需要使用的测量仪器有秒表和刻度尺 C．两球相碰时，两球心必须在同一水平面上 D．在同一组实验的不同碰撞中，每次入射球必须从同一高度由静止释放 (3)两个小球碰撞之后都直接向前做平抛运动，则小球A的质量与小球B的质量应满足________（填“”“”或“”）。 (4)一实验小组采用图（a）所示装置进行实验，则能验证两个小球碰撞过程动量守恒的关系式为________（用、、、、表示）。 (5)另外两实验小组分别采用图（b），图（c）所示装置进行实验，要验证两个小球碰撞过程动量守恒，以下有两个关系式： 关系式①：；关系式②： 则采用图（b）实验装置验证应该是关系式__________（填“①”或“②”）。 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 参考答案 1．(1) 极短 (2) 打点计时器 宽度 气垫导轨 天平 宽度 光电门 质量 较大 较小 平抛运动 不同 刻度尺 天平 平抛 质量 速度 天平 2．(1) (2)有 (3)无 (4)机械能守恒 (5)实验前应将气垫导轨调至水平/滑块应尽量从同一位置释放/避免碰撞时滑块与导轨摩擦等 【详解】（1）烧断细线后，两滑块做匀速直线运动，根据可得两滑块的速度分别为， 以其中一个方向为正方向，根据动量守恒定律，系统初始动量为0，烧断细线后 即 （2）若气垫导轨未调水平，滑块会受重力沿导轨方向分力影响，系统合外力不为零，不满足动量守恒条件，对实验结果有影响。 （3）根据前面分析，已能验证动量守恒，无需测量其他物理量。 （4）此过程中弹簧弹性势能转化为滑块动能，可验证机械能守恒定律。 （5）实验前应将气垫导轨调至水平；滑块应尽量从同一位置释放；避免碰撞时滑块与导轨摩擦或者烧断细线前，两滑块应静止在导轨上，保证系统初始动量为0等。 3．(1)左 (2)A (3) 能 【详解】（1）遮光条通过光电门1的遮光时间大于通过光电门2的遮光时间，滑块从光电门1到光电门2做加速运动（反之减速），靠近光电门1一端的气垫导轨较高，则应该降低左侧的调节旋钮。 （2）要计算滑块碰撞前后的动量变化量，需要知道滑块的质量和速度，可用滑块上遮光条经过光电门的平均速度代替滑块的瞬时速度，则需要知道遮光条的宽度和遮光时间。 故选A。 （3）[1][2]碰前，滑块静止，滑块的速度 碰前系统的总动量为 同理可得，碰后系统的总动量 [3]由数学知识可得，碰撞前后系统动量误差约为，能验证动量守恒。 4．(1)C (2)AC (3)B (4)C 【详解】（1）用画圆法确定落点时，应使圆包含全部印迹，并使圆的半径尽可能小，圆心位置即为小球落点的近似位置。圆A的范围过大，圆B不能合理包含全部印迹，圆C恰好将印迹集中区域包围，故最合理的是C。 （2）A．入射球每次从斜槽上的同一位置由静止释放，可以保证入射球到达斜槽末端时的速度大小相同，故A正确； B．各小球均从同一高度做平抛运动，运动时间相同，验证动量守恒时可用水平位移代替速度，平抛运动时间会被约去，不需要测量斜槽末端到水平地面的高度，故B错误； C．实验中需要用铅垂线确定斜槽末端在白纸上的竖直投影点，从而测量各落点到的水平距离，故C正确； D．斜槽末端必须保持水平才能保证小球离开斜槽后做平抛运动，但斜槽不需要足够光滑，只要每次将入射小球从斜槽上同一位置由静止释放，即可保证入射小球到达斜槽末端时的速度大小相同，故D错误。 故选AC。 （3）为保证两小球发生正碰，两球的直径应相同；为使入射球碰后不反弹并减小实验误差，入射球的质量应大于被碰球的质量。小球、的直径均为，且，因此应选择小球作为入射球，小球作为被碰球，故选B。 （4）由刻度尺读得三个落点到点的距离分别约为、和。设未放置被碰球时入射球的水平位移为，碰后入射球和被碰球的水平位移分别为、，平抛运动时间均为，则，， 根据动量守恒定律有 代入速度表达式，解得 碰撞过程中机械能有损失，则 代入速度表达式，解得 由小问3可知、，取、、，有 且 因此处是未放置被碰球时入射球的落地点，处是碰后入射球的落地点，图中的点位于处，是被碰球碰撞后的落地点，故选C。 5．(1)BD (2)ACD (3) (4) (5)② 【详解】（1）A．小球半径不参与动量的计算，不是本实验必须测量的物理量，故A错误； B．小球的动量为，质量是必须测量的物理量，故B正确； C．各次运动的飞行时间可在比较中消去，无需测量斜槽末端高度，故C错误； D．落点到点的距离用于表征碰撞前后的速度，需多次测量取平均值，故D正确。 故选BD。 （2）A．轨道末端水平，才能使小球以水平方向飞出并按平抛运动处理，故A正确； B．实验需用天平测量质量并用刻度尺测量距离，不需要秒表，故B错误； C．碰撞时两球心在同一水平面上，可使碰撞主要发生在水平方向，故C正确； D．每次入射球从同一高度由静止释放，才能保持入射初速度相同，故D正确。 故选ACD。 （3）为使入射小球碰撞后仍向前运动，应使入射球质量大于被碰球质量，故 （4）以小球单独运动时的水平射程为，碰撞后小球，的水平射程分别为， 三种情况下小球下落高度相同，飞行时间相同，水平速度与水平射程成正比。由动量守恒定律得 （5）图（b）中小球到竖直面的水平距离相同，设该距离为，竖直位移为，由平抛运动有， 所以，即，碰撞前小球对应，碰撞后小球，分别对应，，代入动量守恒关系得，与关系式②一致。 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $