第1章 第3节 科学验证：动量守恒定律（配套课件PPT）-【步步高】2025-2026学年高二物理选择性必修第一册学习笔记（鲁科版）

该高中物理课件聚焦动量守恒定律的实验验证，从斜槽小球碰撞实验切入，通过平抛运动将速度测量转化为水平距离测量，衔接动量概念，构建从基础实验到气垫导轨、打点计时器拓展实验的学习支架，帮助学生掌握验证方法。 其亮点在于融合科学探究与科学思维，如斜槽实验用水平距离替代速度体现模型建构，误差分析培养严谨态度。练习题结合高考真题，学生能提升实验设计与数据处理能力，教师可直接用于教学，提高效率。

科学验证：动量守恒定律 第3节 第 1 章 1.会根据验证动量守恒定律的实验原理，设计实验方案(重点)。 2.熟练掌握验证各种碰撞情况下系统动量守恒的方法(难点)。 3.会判断实验误差的主要来源，并能提出减小实验误差的方法(难点)。 学习目标 内容索引 课时对点练 一、研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 二、实验拓展与创新 < 一 > 研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 1.实验目的 (1)验证动量守恒定律。 (2)体会将不易测量的物理量转换为易测量的物理量的实验设计思想。 2.实验器材 斜槽轨道、半径相等的钢球和玻璃球、天平(附砝码)、 、复写纸、白纸、圆规、小铅锤。 毫米刻度尺 3.实验原理与设计 质量分别为m1和m2的两小球A、B发生正碰，碰撞前A的速度是v1，球B静止，碰撞后速度分别是v1'和v2'，根据动量守恒定律，应有_________________。如图，让球A从同一位置C释放，测出不发生碰撞时球A飞出的水平距离lOP，再测出碰撞后球A、B分别飞出的水平距离lOM、lON，只要验证 ，即可验证动量守恒定律。 m1v1=m1v1'+m2v2' m1lOP=m1lOM+m2lON 4.实验步骤 (1)用 测出两个小球的质量。 (2)将斜槽固定在桌边并使其末端 。在地板上铺白纸和复写纸，通过小铅锤将斜槽末端在纸上的投影记为点O。 (3)首先让球A从斜槽点C由静止释放，落在复写纸上，如此重复多次。 (4)再将球B放在槽口末端，让球A从 由静止释放，撞击球B，两球落到复写纸上，如此重复多次。 (5)取下白纸，用圆规找出落点的平均位置点P、点M和点N，用刻度尺测出lOP、lOM和lON。 (6)改变点C位置，重复上述实验步骤。 水平 天平 点C 5.数据分析及实验结论 将实验所得数据代入m1lOP=m1lOM+m2lON进行计算验证，若在误差允许的范围内等式成立，则碰撞过程中动量守恒。 6.误差分析 (1)测量小球质量时的偶然误差。 (2)找P、M、N各点的平均位置时出现的偶然误差。 (3)实验时斜槽末端没有水平，使得小球离开斜槽后不做平抛运动，存在系统误差。 (4)A、B球碰撞时不是严格的一维正碰，存在系统误差。 7.注意事项 (1)做实验时必须调整斜槽末端的切线沿水平方向(判断斜槽末端是否水平的方法：将小球放到斜槽末端任意位置，均不滚动)。 (2)同一实验中，必须保证球A每次都从斜槽上 由静止释放。 (3)实验时，必须保证球A的质量 球B的质量。 (4)找P、M、N各点的平均位置时，用圆规画最小的圆将所有落点包含在内，则圆心的位置即为各点的平均位置，如图所示。 同一点 大于 　(2024·福州市第三中学高二期末)某实验小组的同学们用图甲装置做验证动量守恒定律实验，即研究两个小球碰撞前、后的动量关系。 例1 (1)实验中，直接测定小球碰撞前、后的速度是不容易的。同学们经过分析讨论，发现_______________________________________________，因此可以用水平位移间接地来代替小球碰撞前、后的速度。  小球做平抛运动的时间相同(其他表述意思正确即可) 小球离开轨道后做平抛运动，由于抛出点的高度相等，小球做平抛运动的时间相等；小球做平抛运动的水平位移与初速度成正比，可以用水平位移间接地来代替小球碰撞前、后的速度。 (2)图甲中O点是小球抛出点在水平地面上的垂直投影点。实验时，先将入射球A(质量为m1)多次从斜轨上S位置由静止释放，找到其平均落地点的位置P(图中未画出)，测量水平位移s1；然后把被碰小球B(质量为m2)静置于轨道的水平部分，再将入射小球A从斜轨上S位置由静止释放，与小球B相撞，找到A、B相碰后各自平均落地点的位置，并分别测量其水平位移s2、s3。多次重复本实验步骤，以减小实验误差。 (3)同学们在实验中正确操作，认真测量，得出的落点情况如图乙所示。通过分析可知，落点P为图乙中的位置　　　(填“1”“2”或“3”)，若两球相碰前、后的动量守恒，则m1∶m2=　　　　。 2 6∶1 根据实验操作可知，入射球未发生碰撞时落在位置2。 设入射球未发生碰撞时的平抛初速度为v0，发生碰撞后入射球的平抛初速度为v1，被碰小球的平抛初速度为v2，由动量守恒定律有 m1v0=m1v1+m2v2 可得m1v0t=m2v1t+m1v2t 则有m1s1=m1s2+m2s3 代入数据可得m1∶m2=s3∶(s1-s2)=55.68∶(44.48-35.20)=6∶1。 返回 < 二 > 实验拓展与创新 1.利用气垫导轨和光电门验证动量守恒定律 (1)实验器材 气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个、安装有挡光片)、重物、弹射架、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等。 (2)实验方案 ①实验装置如图所示。在两个滑块的碰撞端分别安装撞针和橡皮泥，使两滑块碰撞后连成一个整体运动。 ②使左侧滑块1压缩左侧弹射架，放手后测出滑块1经过左侧光电门的速度，碰撞后滑块1、2一起向右运动，测出它们经过右侧光电门时的速度。 ③改变滑块1、2的质量，重复几次实验。 (3)滑块速度的测量方案 滑块的速度v=，式中Δs为滑块上挡光片的宽度，Δt为光电计时器显示的挡光片通过光电门的时间。 2.利用打点计时器和纸带验证动量守恒定律 (1)实验器材 长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥等。 (2)实验方案 实验装置如图所示，将打点计时器固定在光滑长木板的左端，把纸带穿过打点计时器，连在A的后面，先平衡摩擦力，然后在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥。接通电源，让小车A向右运动，小车B静止，两车碰撞时撞针插入橡皮泥中，两小车连成一体继续向右运动。 (3)小车速度的测量 利用打点计时器获得的纸带，找到计时点分布均匀的两段，分别计算出碰撞前后小车的速度。如图所示。 　(2024·漳州市高二期末)如图甲，某同学利用气垫导轨做“验证动量守恒定律”实验。滑块A和滑块B的质量(包括遮光条)分别为m1和m2。实验中弹射装置每次给A的初速度均相同，B初始处于静止状态。A的遮光条两次通过光电门1的挡光时间分别为Δt1、Δt3，B的遮光条通过光电门2的挡光时间为Δt2。 例2 (1)打开气泵，先取走滑块B，待气流稳定后将滑块A从气垫导轨右侧弹出，测得光电门1的挡光时间小于光电门2的挡光时间，为使导轨水平，可调节左侧底座旋钮，使轨道左端　　　(填“升高”或“降低”)一些。  降低 打开气泵，先取走滑块B，待气流稳定后将滑块A从气垫导轨右侧弹出，根据v= ，测得光电门1的挡光时间小于光电门2的挡光时间，表明滑块运动相同的距离时，时间变大，速度变小，做减速运动，为使导轨水平，可调节左侧底座旋钮，使轨道左端降低一些。 (2)用游标卡尺测量遮光条的宽度d如图乙所示，其读数为　　　 mm； 14.8 遮光条的宽度d=14 mm+0.1 mm×8=14.8 mm。 (3)经测量滑块A、B上的遮光条宽度相同，则验证动量守恒的表达式为 　　　　　　(用m1、m2、Δt1、Δt2、Δt3表示)；  =- 根据动量守恒定律得m1·=m2·-m1·，解得=- 。 (4)本实验的系统误差与下列哪些因素有关　　　。  A.气垫导轨没有调成水平状态 B.遮光条宽度不够窄 C.测量滑块质量时未计入遮光条质量 AC 气垫导轨没有调成水平状态或者测量滑块质量时未计入遮光条质量都是由于实验原理不完善或者实验方法不合理造成的误差，属于系统误差，选项A、C正确； 由表达式可知，遮光条的宽度d从表达式两边消掉了，即遮光条宽度对实验不会造成误差，B错误。 返回 < 三 > 课时对点练 题号 1 2 答案 D (1)55.50　(2)AC　(3)m1OP=m1OM+M2on (4)均匀　max2=(ma+mb)x4 题号 3 答案 (1)2.006　(2)0.502　(3)mA-mB=mB-mA 对一对 答案 1 2 3 4 5 题号 4 答案 (1)BC　(2)m1x2=m1x1+m2x3　(3)m1=m1+m2 题号 5 答案 (1)　(2)s　(3)ma=mbs　(4)可以减小挡光片的 宽度，从而使a经过光电门的速度测量值更精确 对一对 答案 1 2 3 4 5 1.用气垫导轨进行实验时，经常需要使导轨保持水平，检验气垫导轨是否水平的方法之一是：轻推一下滑块，使其先后滑过光电门1和光电门2，如图所示，其上的遮光条将光遮住，数字计时器可自动记录滑块先后经过光电门1、2时的遮光时间Δt1和Δt2，比较Δt1和Δt2即可判断导轨是否水平，为使这种检验更精准，正确的措施是　　　。  A.换用质量更大的滑块 B.换用宽度Δx更大的遮光条 C.提高测量遮光条宽度Δx的精确度 D.尽可能增大光电门1、2之间的距离L 1 2 3 4 5 答案 D 29 如果导轨水平，则滑块应做匀速运动，因此要想更精准地进行检验，可以增大光电门1、2之间的距离，从而更准确地判断速度是否发生变化；而换用质量更大的滑块、宽度更大的遮光条以及提高测量遮光条宽度Δx的精确度对判断速度是否变化均没有影响，故选项D正确，A、B、C错误。 1 2 3 4 5 答案 2.(2024·福州市闽侯县第一中学高二月考)在验证动量守恒定律的实验研究过程中： 小明用“碰撞实验器”验证动量守恒定律，实验装置如图甲所示，研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。O是小球抛出时球心在地面上的垂直投影点，实验时，小明先让入射小球m1多次从斜轨上S位置由静止释放，找到其落地点的平均位置P，测量平抛的水平位移OP。然后把被碰小球m2静置于水平轨道的末端，再将入射小球m1从斜轨上S位置由静止释放，与小球m2相撞，多次重复实验，找到两小球落地的平均位置M、N。 1 2 3 4 5 答案 (1)图乙是小球m2的多次落点痕迹，由此可确定其落点的平均位置对应的读数为　　　　cm。  1 2 3 4 5 答案 55.50 确定小球落点平均位置的方法：用尽可能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，根据题图乙可得小球m2落点的平均位置对应的读数为55.50 cm； (2)下列器材选取或实验操作符合实验要求的是　　　。  A.选用两球的质量应满足m1>m2 B.可选用半径不同的两小球 C.小球m1每次必须从斜轨同一位置释放　　 D.需用秒表测量小球在空中飞行的时间 1 2 3 4 5 答案 AC 1 2 3 4 5 答案 为了保证入射小球不反弹，入射小球的质量应满足m1>m2，故A正确； 为保证两小球发生碰撞时球心在同一水平线上，应选用半径相同的两小球，故B错误； 为保证入射小球每一次发生碰撞前瞬间的速度都相同，每次入射小球m1必须从同一位置释放，故C正确； 小球在空中做平抛运动的时间是相等的，所以不需用秒表测量小球在空中飞行的时间，故D错误。 (3)在某次实验中，测量出两小球的质量分别为m1、m2，三个落点的平均位置与O点的距离分别为OM、OP、ON。在实验误差允许范围内，若满足关系式　　　　　　　　　　，即验证了碰撞前后两小球组成的系统动量守恒(用测量的物理量表示)。  1 2 3 4 5 答案 m1OP=m1OM+m2ON 1 2 3 4 5 答案 本实验需要验证m1v1=m1v2+m2v3 由于小球离开轨道后做平抛运动，它们抛出点的高度相等，在空中运动的时间t相等，上式两边同时乘以t得m1v1t=m1v2t+m2v3t 即在实验误差允许范围内，若满足关系式 m1OP=m1OM+m2ON 即验证了碰撞前后两小球组成的系统动量守恒； (4)小华在验证动量守恒定律时，利用在斜面上的两小车a、b碰撞过程来完成：如图丙所示，小车a的前端粘有质量不计的橡皮泥，在小车a后连着纸带，纸带通过电磁打点计时器，长木板下垫着小木块，开始时未放小车b，移动长木板下的小木块，轻推小车a，直到纸带上打下的点迹______(填“均匀”或“不均匀”)。 1 2 3 4 5 答案 均匀 然后在小车a的前方放置一个与a材料相同的静止小车b，推动小车a使之运动，之后与小车b相碰并黏合成一体，若测得实验中某条打点的纸带如图丁所示，O为运动的起点，x1、x2、x3、x4分别为OA、AB、BC、CD的长度，设a的质量为ma、b的质量为mb，要验证碰撞过程中动量守恒，则要验证的关系为________________(用ma、mb、x1、x2、x3、x4来表示)。  1 2 3 4 5 答案 max2=(ma+mb)x4 1 2 3 4 5 答案 长木板下垫着小木块，直到纸带上打下的点迹均匀，说明小车a所受到的摩擦力与重力沿长木板方向的分力平衡，从而保证小车做匀速运动； 推动小车，小车由静止开始运动，故小车有个加速过程，在碰撞前做匀速直线运动，即在相同时间内通过的位移相同，故AB段为匀速运动阶段，所以选AB段来计算碰撞前小车a的速度，碰撞后a、b最终一起匀速运动，应选CD段来计算相碰后的共同速度。 1 2 3 4 5 答案 设打点计时器的打点周期为T，可得碰撞前小车a的速度为va=，碰撞后小车a、b的共同速度为v=，要验证碰撞过程中动量守恒，则应满足ma·va=(ma+mb)v 即ma=(ma+mb) 可得要验证的关系为max2=(ma+mb)x4。 3.(2025·泉州市高二月考)图甲为某同学在利用气垫导轨、滑块、数字计时器、光电门等器材验证动量守恒定律的实验装置图。该实验用到两个相同的光电门1和2及两个质量分别为mA和mB的滑块A和B，两滑块上分别固定有宽度相同、质量不计的长方形遮光片，滑块A的右侧和滑块B的左侧分别带有一个弹性片。 1 2 3 4 5 答案 实验过程中，将气垫导轨调节水平后，滑块A、B分别被左右两侧的弹射架水平弹射出去，在两个光电门之间发生正碰后又分别经过光电门1和2而返回。 (1)用精度为0.02 mm的游标卡尺测量遮光片的宽度，示数如图乙所示，测得本实验中遮光片的宽度d=　　　　 cm。  1 2 3 4 5 答案 2.006 游标卡尺读数等于主尺读数及游标尺读数之和，主尺读数为2 cm=20 mm， 游标尺读数为3×0.02 mm=0.06 mm， 则遮光片的宽度为d=20 mm+0.06 mm=20.06 mm=2.006 cm。 (2)某次测量中，数字计时器记录的遮光片通过光电门的遮光时间为40.0 ms，则滑块的速度大小为______ m/s(结果保留3位有效数字)。 1 2 3 4 5 答案 0.502 数字计时器记录的遮光片通过光电门的遮光时间为40.0 ms， 则滑块的速度大小为v== m/s=0.502 m/s。 (3)若某次实验过程中，与光电门1连接的数字计时器先后两次记录的遮光时间分别为Δt1和Δt1'，与光电门2连接的数字计时器先后两次记录的遮 光时间分别为Δt2和Δt2'，则验证动量守恒定律的表达式为_____________ _____________(用题目中的物理量符号表示)。  1 2 3 4 5 答案 mB-mA mA-mB= 两滑块碰前碰后的速度大小根据v=求出，取水平向右为正方向，则两滑块碰前的总动量为mA-mB， 两滑块碰后的总动量为mB-mA。则可得验证动量守恒定律的表达式为mA-mB=mB-mA。 1 2 3 4 5 答案 4.(2025·厦门市高二月考)如图甲所示为某实验小组验证碰撞中动量守恒的实验装置。安装好实验装置后，在地上铺一张记录纸，记下重垂线所指的位置O，先不放靶球，让入射球从斜槽上由静止滚下，并落在地面上，再将靶球放在斜槽前端边缘位置，让入射球从斜槽上滚下，使它们碰撞，重复多次，分别测量三个落地点的平均位置M、P、N离O点的距离分别为x1、x2、x3。 1 2 3 4 5 答案 (1)下列关于本实验中的说法正确的是　　　。  A.入射球比靶球质量大或小均可，但两球的直 　径必须相同 B.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 C.安装轨道时斜槽的末端必须水平 D.本实验中由于斜槽轨道不光滑会造成误差，所造成的误差属于系统误差 1 2 3 4 5 答案 BC 碰撞后为防止入射球反弹，入射球的质量应大于靶球的质量，故A错误； 为保证碰撞的初速度相同，每次入射球必须从同一高度由静止释放，故B正确； 要保证碰撞后两个球做平抛运动，故斜槽轨道末端的切线必须水平，故C正确； 轨道是否光滑对实验的结果没有影响，不需要控制轨道光滑，故D错误。 1 2 3 4 5 答案 (2)若入射小球和靶球的质量分别为m1和m2，本实验中需要验证两球碰撞中动量守恒的表达式为　　　　　　　　(用所测物理量的符号表示)；  1 2 3 4 5 答案 m1x2=m1x1+m2x3 小球做平抛运动的高度相同，则小球在空中运动时间相同；设小球在空中运动的时间为t，若满足动量守恒定律有m1=m1+m2，整理得m1x2=m1x1+m2x3。 (3)完成上述实验后，实验小组的成员对上述装置进行了改造，小红改造后的装置如图乙所示。使入射球仍从斜槽上由静止滚下，重复实验步骤中的操作，使两球落在以斜槽末端为最高点的斜面上，平均落点为M″、P″、N″。测得M″、P″、N″到斜槽末端距离分别为L1、L2、L3，则小红需要验证两球碰撞过程中动量守恒的表达式为_____________________(用所测物理量的符号表示)。  1 2 3 4 5 答案 m1=m1+m2 设斜面与水平面的夹角为θ，由几何关系可得x″=Lcos θ，h″=Lsin θ，由平抛运动的规律得x″=v0″t″，h″=gt″2， 联立可得v0″=cos θ，则做平抛运动的水平速度分别为v1″=cos θ， v2″=cos θ，v3″=cos θ， 代入动量守恒的表达式m1v2″=m1v1″+m2v3″， 化简可得m1=m1+m2。 1 2 3 4 5 答案 1 2 3 4 5 答案 5.如图所示，某同学利用光电门、弹簧、滑块、小球等装置设计了一个实验，验证动量守恒定律。主要操作步骤为： ①将光电门固定在光滑水平桌面上； ②用天平分别测出小滑块a(含挡光片)和小球b的质量ma、mb； ③在桌面右边的地面上铺白纸，白纸上面放上复写纸； ④在a和b之间放一锁定压缩的轻弹簧，将系统静止放置在桌面上； 1 2 3 4 5 答案 ⑤解除锁定，a、b瞬间被弹开，记录a通过光电门时挡光片的遮光时间t； ⑥记录b落在地面上的点M，用刻度尺测出其到桌面的高度h和落地点M到桌子边缘投影点O'的水平距离s。 1 2 3 4 5 答案 已知挡光片宽度为d、重力加速度为g，请回答下列问题： (1)滑块a经过光电门时的瞬时速度v=____ (用题干中字母表示)；  解除锁定后，a向左运动，经过光电门，根据速度公式可知，a经过光电门的速度为v= 1 2 3 4 5 答案 (2)小球做平抛运动的初速度v0=　　　　；(用题干中字母表示)；  s 由题意可知，b做平抛运动有h=gt2，s=v0t 则初速度为v0=s 1 2 3 4 5 答案 (3)若a、b在解除锁定过程中动量守恒，需 满足的关系式是______________(用题干中字母表示)。  ma=mbs 由动量守恒定律，可得0=mav-mbv0 即ma=mbs 1 2 3 4 5 答案 (4)写出一条减小实验误差的方法：_______________________________ _____________________________。  可以减小挡光片的宽度，从而使a经过光电门的速度测量值更精确 可以减小挡光片的宽度，从而使a经过光电门的速度测量值更精确(表述合理即可)。 返回 本课结束 第 1 章 $