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

该高中物理课件围绕“验证动量守恒定律”实验展开，通过“怎样用实验数据证明碰撞前后系统总动量不变”的问题导入，引导学生观察装置思考质量与速度测量，搭建从动量守恒定律理论到实验验证的学习支架。 其亮点在于以科学探究为主线，设计气垫导轨、斜槽平抛等多方案，通过等效替代（如平抛水平位移替代速度）培养科学思维，误差分析与操作要点指导细致，随堂练习针对性强。学生能深化物理观念，教师可提升实验教学效率。

第一章 动量守恒定律 1.4 实验：验证动量守恒定律 怎样用实验数据证明碰撞前后系统总动量保持不变？ 观察两类装置，思考：质量、速度或等效速度应怎样测量？ 新课导入 1. 明确验证动量守恒定律的实验思路，能确定研究系统和碰撞过程。 2. 会选择合适装置测量质量和速度，能写出验证表达式。 3. 能根据实验步骤处理数据，判断动量守恒是否成立。 4. 能分析实验误差来源，并提出减小误差的操作要求。 学习目标 一、实验思路：测什么，比较什么 实验目的：验证一维碰撞中系统动量是否守恒。 核心比较：碰撞前总动量 p前 与碰撞后总动量 p后。 需要测量：各物体的质量 m 和碰撞前后的速度 v。 判断依据：在误差允许范围内，p前 = p后。 新知探究 二、速度测量：直接测量与等效替代 1. 光电门测速：遮光片宽度 d，遮光时间 Δt，v = d/Δt。 2. 平抛替代：两球离开斜槽后下落高度相同，飞行时间相同，速度比可用水平位移比表示。 3. 纸带测速：选碰撞前后运动稳定阶段，由 Δx/Δt 求速度。 新知探究 三、方案一：气垫导轨与光电门 装置功能：用气垫导轨减小摩擦，使碰撞近似为一维过程。 测量任务：用天平测 m1、m2；用光电门记录遮光时间。 问题：为什么实验前要调节导轨水平？ 减小系统所受合外力，使动量守恒条件更接近满足。 新知探究 方案一：三类碰撞过程 弹性碰撞 粘连碰撞 弹簧弹开 问题：三种情况下验证的动量守恒表达式是否完全相同？ 形式不同，但本质都是比较系统相互作用前后的总动量。 新知探究 方案一：数据记录与表达式 碰撞情境 m1 m2 碰前速度 碰后速度 待验证关系 填写原则：速度要先规定正方向；若运动方向与正方向相反，速度取负值。 结论判断：多组数据均满足 p前≈p后，才能支持动量守恒。 新知探究 方案一：操作要点与注意事项 1. 通气后调节气垫导轨水平，尽量减小合外力。 2. 碰撞前后都要保持一维运动，避免滑块偏转。 3. 遮光片宽度相同时，可不单独测量宽度，直接用遮光时间比较速度。 4. 改变质量或碰撞方式，重复实验，检验结论的普遍性。 新知探究 方案二：斜槽末端小球碰撞 装置功能：利用平抛运动把速度测量转化为水平位移测量。 问题：为什么要求斜槽末端切线水平？ 保证小球离开斜槽后做平抛运动，水平速度才能由水平位移等效表示。 新知探究 方案二：落点与水平位移 步骤1：不放被碰小球，记录入射小球平均落点 P。 步骤2：放上被碰小球，记录碰后入射小球平均落点 M、被碰小球平均落点 N。 步骤3：测量 OP、OM、ON，代入验证表达式。 新知探究 方案二：验证表达式 碰撞前：入射小球速度与 OP 成正比。 碰撞后：入射小球速度与 OM 成正比，被碰小球速度与 ON 成正比。 因此，只需验证：m1·OP = m1·OM + m2·ON。 问题：为什么不需要测量平抛时间？ 三次平抛高度相同，飞行时间相同，速度比等于水平位移比。 新知探究 方案二：注意事项 1. 入射小球质量应大于被碰小球质量，避免碰后反弹。 2. 两球半径相同，保证发生对心碰撞。 3. 入射小球每次从同一位置由静止释放。 4. 用尽量小的圆圈住多次落点，圆心作为平均落点。 5. 白纸位置实验过程中不能移动。 新知探究 五、误差分析：哪些因素会带来误差 主要误差来源： 1. 碰撞不是严格一维或不是正碰。 2. 摩擦力、空气阻力等外力不能完全忽略。 3. 速度、时间、水平位移和质量的测量读数存在误差。 4. 落点分散，平均位置确定不准确。 改进：规范装置调节，多次测量取平均值。 新知探究 六、拓展方案：纸带测速 共同思想：只要能可靠测出相互作用前后的速度，就可以验证 p前 与 p后 是否相等。 纸带处理：选取相互作用前后运动稳定的点迹，分别由 Δx/Δt 求速度。 判断任务：规定正方向后，比较相互作用前后的总动量。 新知探究 判断一次实验是否支持结论 拿到一组实验数据后，按下面顺序判断： 1. 研究对象是否是一个系统？ 2. 碰撞过程是否近似满足动量守恒条件？ 3. 速度方向是否已规定正负？ 4. 计算得到的 p前 和 p后 是否在误差范围内相等？ 答案：四项都满足，才能认为实验支持动量守恒。 新知探究 1. 在做"验证动量守恒定律"的斜槽小球实验中，入射小球每次都应从斜槽上的同一位置由静止释放，这是为了（ ） A. 保证小球每次都水平飞出槽口 B. 保证小球每次都以相同速度飞出槽口 C. 保证小球在空中飞行时间不变 D. 保证小球每次都沿同一方向运动 B 随堂练习 2. 用斜槽小球碰撞装置验证动量守恒，下列要求中正确的是（ ） A. 斜槽轨道必须绝对光滑 B. 斜槽末端切线必须水平 C. 入射小球质量应小于被碰小球质量 D. 只做一次实验即可确定平均落点 B 随堂练习 3. 气垫导轨实验中，两个滑块的遮光片宽度均为 d，滑块 A 碰前通过光电门1的时间为 t1，碰后 A、B 通过光电门2的时间分别为 t2、t3。验证表达式应为（ ） A. mA/t1 = mA/t2 + mB/t3 B. mAt1 = mAt2 + mBt3 C. mAd/t1 = mAd/t2 + mBd/t3 D. mAt1/d = mAt2/d + mBt3/d C 随堂练习 4. 关于验证动量守恒定律的实验误差，下列说法正确的是（ ） A. 只要多次测量，外力影响就可以完全消除 B. 碰撞不是一维碰撞会造成实验误差 C. 斜槽粗糙一定会使实验无法验证动量守恒 D. 不需要规定速度方向，因为动量没有方向 B 随堂练习 实验设计主线 选系统、定过程 确定碰撞前后两个状态 测质量与速度 速度可直接测，也可等效替代 比较总动量 计算 p前 与 p后 控制误差并判断 在误差允许范围内 p前≈p后 常用测速方案 气垫导轨 光电门测时间：v = d/Δt 斜槽平抛 等高平抛，用水平位移替代速度 打点计时器 取碰前、碰后稳定阶段：v = Δx/Δt 拓展测速 单摆、频闪照片可用于方案迁移 课堂小结 $