04-第1章 1.3 科学验证：动量守恒定律（PPT同步课件）-【学而思】2026-2027学年高二物理选择性必修第一册（鲁科版）

该高中物理课件聚焦动量守恒定律的验证，通过斜槽小球碰撞、气垫导轨等实验装置导入，以基础过关练和能力提升练为支架，衔接常规实验到创新应用的知识点脉络。 其亮点在于依托多样化实验方案（如双线摆、阿特伍德机）培养科学探究能力，结合科学思维中的模型建构与推理论证，强化动量守恒的物理观念。实例中斜槽实验用水平位移替代速度，助力学生提升实验分析能力，教师可通过分层题组高效教学。

第1章 动量及其守恒定律 第1讲　描述运动的基本概念 基础过关练 第3节　科学验证:动量守恒定律 第1讲　描述运动的基本概念 题组一    研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 1.[2026重庆沙坪坝阶段测试]小明同学用如图甲所示装置通过半径相同的A、B两球碰撞来验证动量守 恒定律。实验时先使A球从斜槽上某一固定位置G由静止开始滚下,落到水平地面的记录纸上并留下痕 迹,重复上述操作10次得到10个落点痕迹,并求得了这10个落点的平均落点Q,如图乙所示。再把B球放 在轨道末端,让A球仍从位置G由静止开始滚下,A球和B球碰撞后,A、B球分别在记录纸上留下各自的落 点痕迹,重复这种操作10次,得到了如图乙所示的平均落点P和R。             (1)在图乙中读出 =____________cm。     13.0     第1讲　描述运动的基本概念 (2)关于该实验,下列说法正确的是 ( ) A.斜槽轨道一定要光滑 B.入射小球质量mA应大于被碰小球质量mB C.斜槽轨道末端需要调成水平 D.必须测出两小球下落的高度 (3)要验证两小球碰撞过程动量是否守恒,需要验证的表达式为___________________(用mA、mB、  、 、 表示)。 (4)小明同学又用频闪照相记录了A小球在某次平抛过程中不同时刻的位置如图丙所示,方格纸横线水 平、纵线竖直。每个小方格边长为1.6 cm,频闪周期不变,重力加速度g取10 m/s2,则A球平抛的初速度是 ___________m/s。     mA  =mA  +mB          0.8         BC     第1讲　描述运动的基本概念 解析    (1)由图乙可知 =13.0 cm (2)斜槽轨道不一定要光滑,只要小球到达末端时速度相同即可(易错点),A错误;防止入射球碰后反弹,入 射小球质量mA应大于被碰小球质量mB,B正确;斜槽末端需要调成水平,保证小球做平抛运动,C正确;实验 中用小球做平抛运动的水平位移代替水平速度,则不需要测出两小球下落的高度,D错误。 (3)两小球动量守恒的表达式为mAv0=mAv1+mBv2,小球碰前、碰后在空中均做平抛运动,下落高度相同,运 动时间相同,则可验证mA =mA +mB 。 (4)小球做平抛运动,竖直方向有Δy=l=gT2,水平方向有vx= ,解得A球平抛初速度为vx=0.8 m/s。 第1讲　描述运动的基本概念 2.[2024福建厦门第二中学月考]如图1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,再将靶球放在斜槽末端边缘位置,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)下列关于本实验的说法正确的是__________。     BC     第1讲　描述运动的基本概念 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位置由静止释放 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 (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) (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2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)。     m1   =m1   +m2          m1x2=m1x1+m2x3     第1讲　描述运动的基本概念 解析    (1)为使入射球与靶球发生对心碰撞,两球的直径必须相同;为防止碰撞后入射球反弹,入射球的 质量应大于靶球的质量,A错误。为保证碰撞前瞬间入射球的速度相同,每次入射球必须从同一位置由 静止释放,B正确。为保证碰撞后两个球做平抛运动,斜槽轨道末端必须水平,C正确。轨道是否光滑对 实验的结果没有影响,D错误。 (2)碰撞前后入射球和靶球做平抛运动的竖直位移相同,则在空中运动的时间相同;设在空中运动的时 间为t,若满足动量守恒,有m1 =m1 +m2 ,整理可得m1x2=m1x1+m2x3。 (3)设斜面与水平面的夹角为θ,由几何关系可得x″=L cos θ,h″=L sin θ;由平抛运动的规律得x″=v″ 0t″,h″= gt″2;联立可得v″0= cos θ ,则做平抛运动的水平速度分别为v″1= cos θ ,v″2= cos θ ,v″3=cos θ ,代入动量守恒的表达式m1v″2=m1v″1+m2v″3,化简可得m1 =m1 +m2  。 第1讲　描述运动的基本概念 题组二　用气垫导轨验证动量守恒定律 3.[2024福建宁德期末]如图甲所示为验证动量守恒定律的实验装置示意图,两个质量分别为mA、mB的滑 块A、B上固定有宽度为d的遮光条,在A、B间锁定一压缩的轻弹簧,将其置于气垫导轨上。接通充气开 关,解除弹簧锁定,弹簧将两滑块沿相反方向弹开,光电门C、D记录下两遮光条通过的时间分别为t1和t2。        (1)在实验中用螺旋测微器测量遮光条的宽度,由图乙可读出遮光条的宽度d=___________________mm。     5.325(5.324或5.326均可 (2)调节导轨水平后进行实验,验证动量守恒定律的关系式是___________。(用题中各物理量的符号表 示)      =      第1讲　描述运动的基本概念 解析    (1)由题图乙可知遮光条的宽度为d=5 mm+32.5×0.01 mm=5.325 mm。 (2)设弹簧将A、B两滑块沿相反方向弹开后,两滑块的速度大小分别为v1和v2,根据动量守恒定律可得 mAv1=mBv2,又v1= ,v2= ,联立可得验证动量守恒定律的关系式为 = 。 第1讲　描述运动的基本概念 4.某同学利用打点计时器和气垫导轨做验证动量守恒定律的实验。气垫导轨装置如图甲所示,由导 轨、滑块、弹射架等组成。在导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔,向导轨空腔内不断通 入压缩空气,压缩空气会从小孔中喷出,使滑块稳定地漂浮在导轨上,如图乙所示,这样就大大减小了因 滑块和导轨之间的摩擦引起的误差。   甲 乙 丙 丁 第1讲　描述运动的基本概念 下面是实验的主要步骤: ①安装好气垫导轨,调节气垫导轨的调节旋钮,使导轨水平。 ②向气垫导轨通入压缩空气。 ③把打点计时器(图中未画出)固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧,将纸带穿过打点计时器越过弹 射架并固定在滑块1的左端,调节打点计时器的高度,直至滑块拖着纸带移动时,纸带始终在水平方向。 ④使滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳。 ⑤把滑块2(所用滑块1、2如图丙所示)放在气垫导轨的中间。 ⑥先_________,然后_____________,让滑块带动纸带一起运动。 ⑦取下纸带,重复步骤④⑤⑥,选出较理想的纸带如图丁所示。 ⑧用天平测得滑块1(包括撞针)的质量为310 g,滑块2(包括橡皮泥)的质量为205 g。 　放开滑块     　接通电源     第1讲　描述运动的基本概念 (1)试补全实验步骤⑥的内容。 (2)已知打点计时器每隔0.02 s打一个点,试计算两滑块相互作用前系统的总动量为_________kg·m/s,两 滑块相互作用后系统的总动量为_____________kg·m/s。(保留3位有效数字) (3)试说明(2)问中两结果不完全相同的主要原因是_________________________________。 　纸带与打点计时器限位孔之间有摩擦         0.618         0.620     第1讲　描述运动的基本概念 解析    (1)使用打点计时器时,应先接通电源,待打点计时器工作稳定后,再放开滑块。 (2)由纸带上打出的点迹可知两滑块相互作用前滑块1的速度v1=  m/s=2 m/s。 系统的总动量p1=m1v1=0.310×2 kg·m/s=0.620 kg·m/s,相互作用后,两滑块的速度v2=  m/s=1.2 m /s。系统的总动量p2=(m1+m2)v2=(310+205)×10-3×1.2 kg·m/s=0.618 kg·m/s。 (3)系统相互作用前后的总动量不完全相同的主要原因是纸带与打点计时器的限位孔之间有摩擦。 第1讲　描述运动的基本概念 能力提升练 第2节　动量守恒定律及其应用 第1讲　描述运动的基本概念 题组一　常规实验:验证动量守恒定律 1.[2024福建福州第一中学等八校联考]为了验证碰撞中的动量守恒,某同学选取两个体积相同、质量 不等的小球,按下述步骤做实验: ①按照如图所示安装好实验装置,将斜槽AB固定在桌边,使槽的末端水平,将一长为L的斜面固定在斜槽 右侧,O点在B点正下方,P点与B点等高; ②用天平测出小球甲、乙的质量分别为m1和m2; 第1讲　描述运动的基本概念 ③先不放小球乙,让小球甲从斜槽顶端A点处由静止开始滚下,记下小球甲在斜面上的落点位置; ④将小球乙放在斜槽末端B处,让小球甲从斜槽顶端A处由静止滚下,使它们发生碰撞,记下小球甲和小 球乙在斜面上的落点位置; ⑤用毫米刻度尺量出各个落点位置到O点的距离,图中C、D、E点是该同学记下的小球在斜面上的落 点位置,到O点的距离分别为LC、LD、LE。 (1)小球的质量关系应为m1______m2(选填“>”“=”或“<”)。 (2)小球甲与乙发生碰撞后,小球甲的落点应是图中的_________点。 (3)用测得的物理量来表示,只要满足关系式___________________________________,则说明碰撞中 动量是守恒的。     m1LD  =m1LC  +m2LE          C     　>     第1讲　描述运动的基本概念 解析    (1)为了防止入射球碰后反弹,小球甲、乙的质量关系应满足m1>m2。 (2)小球甲与乙发生碰撞后,小球甲的速度减小,因此碰撞后小球甲的落点应低于未碰撞时小球甲的落 点,故碰撞后小球甲的落点只能是C点或D点。若碰撞后小球甲的落点是D点,则未碰撞时小球甲的落点 是E点,则C点是碰撞后小球乙的落点,这与碰撞后小球甲在小球乙的后面、小球甲的速度小于小球乙 的速度的实际情况不符,故碰撞后小球甲的落点应是图中的C点。 (3)设落点所对应的水平速度分别为vC、vD、vE,若碰撞过程中动量守恒,则m1vD=m1vC+m2vE 设斜面与水平面的夹角为θ,则小球甲落到C点的下落高度为hC=(L-LC) sin θ 小球甲下落到C点所用的时间为 tC= =  小球甲下落到C点的水平位移为xC=LC cos θ 第1讲　描述运动的基本概念 故vC= =LC cos θ·  同理可得vD=LD cos θ·  vE=LE cos θ·  代入动量守恒表达式整理可得 m1LD =m1LC +m2LE  即满足上式则说明碰撞中动量是守恒的。 第1讲　描述运动的基本概念 题组二　创新实验:验证动量守恒定律 2.[2026广西南宁阶段测试]利用“类牛顿摆”验证碰撞过程中的动量守恒定律。 实验器材:两个半径相同的球1和球2,细线若干,坐标纸,刻度尺。 实验步骤: (Ⅰ)测量出小球1、2的质量分别为m1、m2。如图甲所示,将小球各用两等长细线悬挂于水平平行支架 上,各悬点位于同一水平面。 (Ⅱ)将坐标纸竖直固定在一个水平支架上,使坐标纸与小球运动平面平行且尽量靠近。坐标纸每一小 格是边长为d的正方形。将小球1拉至某一位置A,由静止释放,垂直坐标纸方向用手机高速连拍。 第1讲　描述运动的基本概念 (Ⅲ)如图乙所示,分析连拍照片得出,球1从A点由静止释放,在最低点与球2发生水平方向的正碰,球1反 弹后到达的最高位置为B,球2向左摆动的最高位置为C,测得A、B、C到最低点的竖直距离分别为9d、 d、4d。 已知重力加速度为g。完成以下问题。 (1)与用一根细线悬挂小球相比,本实验采用双线摆的优点是_________。 A.保证球1与球2都能在同一竖直平面内运动 B.更易使小球碰撞接近弹性碰撞(无机械能损失) C.受空气阻力小一些 (2)碰前球1的动量大小为____________;若二者质量满足关系式__________,则可验证碰撞过程中动量 守恒。     2m1=m2         3m1          A     第1讲　描述运动的基本概念 (3)球1在最低点与静止的球2水平正碰后,球1反弹向右摆动,球2向左摆动。若为弹性碰撞(无机械能损 失),则可判断球1的质量_______(选填“大于”“等于”或“小于”)球2的质量。 　小于     第1讲　描述运动的基本概念 解析    (1)与用一根细线悬挂小球相比,本实验采用双线摆的优点是双摆线能保证小球运动轨迹在同一 竖直平面内,避免小球做圆锥摆运动。故选A。 (2)球1从A点由静止释放到最低点,由动能定理有m1gh1= m1  解得v1= =3  碰前球1的动量大小为p1=m1v1=3m1  同理可得碰后球1的速度大小v'1= ,碰后球2的速度大小v'2=2  规定向左为正方向,如果碰撞过程中系统动量守恒,则应满足m1v1=-m1v'1+m2v'2 即3m1 =-m1 +2m2  解得2m1=m2 (3)弹性碰撞过程,由机械能守恒定律得 m1 = m1v + m2v  第1讲　描述运动的基本概念 由动量守恒有m1v1=-m1v'1+m2v'2, 解得碰后球1的速度大小为v'1= v1 则有v'1>0,m1<m2,即球1的质量小于球2的质量。 第1讲　描述运动的基本概念 3.[2024湖北襄阳第三中学期末]“阿特伍德机”是英国数学家和物理学家阿特伍德创制的一种著名力 学实验装置,用来研究匀变速直线运动的规律。某同学对该装置加以改进后用来验证机械能守恒定律 和动量守恒定律,如图甲所示。已知当地重力加速度为g,空气阻力不计。   甲 (1)实验时,该同学用游标卡尺测量挡光片的宽度d,如图乙所示,则d=________cm。然后将质量均为M (A的含挡光片)的重物A、B用轻绳连接后,跨放在定滑轮上,处于静止状态,测量出_____________(选填 “A的上表面”“A的下表面”或“挡光片中心”)到光电门中心的竖直距离h。 　挡光片中心         0.420     第1讲　描述运动的基本概念 乙 (2)为了验证动量守恒定律,该同学让A在水平桌面上处于静止状态,将B从原静止位置竖直抬高H后由静 止释放,直到光电门记录下挡光片挡光的时间为t2(重物B未接触桌面),则验证绳绷紧过程中系统沿绳方 向动量守恒的表达式为___________。      =      第1讲　描述运动的基本概念 解析    (1)游标卡尺主尺的读数为0.4 cm,游标尺读数为10×0.02 mm=0.20 mm,则d=0.4 cm+0.20 mm=0.4 20 cm;需测量出挡光片中心到光电门中心的竖直距离h。 (2)重物A经过光电门时的速度v'= ,绳绷紧前,对B由机械能守恒定律可得MgH= Mv2,解得v= ,则 可知A、B作用前系统的总动量为p=Mv=M ;绳绷紧后A、B做匀速运动的速度大小相等,为v'= ,故 A、B作用后的总动量p'=2Mv'= ,故只要验证 = 即可证明系统沿绳方向动量守恒。 第1讲　描述运动的基本概念 4.某同学为了验证对心碰撞过程中的动量守恒,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AB为水平段,在水平段取一点O。选择相同材质的一元硬币和一角 硬币进行实验。     测量硬币的质量,得到一元硬币和一角硬币的质量分别为m1和m2(m1>m2)。将硬币a放置在斜面上某一 第1讲　描述运动的基本概念 位置,标记此位置为C。由静止释放a,当a停在水平面上某处时,测量a右侧到O点的距离OP,如图甲所示; 将硬币b放置在O处,左侧与O点重合,再将a从C点由静止释放,当两枚硬币发生碰撞后,a、b分别停在水 平面上时,测量a右侧到O点的距离OM、b左侧到O点的距离ON,如图乙所示。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。 (1)在本实验中,b选用的是_______硬币。(选填“一元”或“一角”) (2)若a、b碰撞前后动量守恒,则应满足的表达式为___________________(用s0、s1、s2、m1和m2表示); 若碰撞前后动量守恒且机械能相等,则应满足的表达式为_____________(用s0、s1和s2表示)。 (3)该同学规范地完成了实验的每一步操作,最后代入实验测得的数据,发现碰撞前后动量并不守恒,原 因可能是________(回答一条即可)。 　见解析          = -          m1  =m1  +m2      　一角     第1讲　描述运动的基本概念 解析    (1)为了保证两硬币碰后都向右运动,需要入射硬币的质量大于被碰硬币的质量,故b选用的是一 角硬币。 (2)不放置硬币b时,a从O点到P点做匀减速直线运动,由牛顿第二定律得-μm1g=m1a 由匀变速直线运动的速度-位移公式得0- =2as0 联立解得v0=  同理,碰后两硬币的速度分别为 v1= ,v2=  以碰撞前瞬间a的速度方向为正方向,a、b碰撞过程,由动量守恒定律得m1v0=m1v1+m2v2,整理得m1 =m1  +m2  若碰撞前后动量守恒且机械能相等,则有  m1 = m1 + m2  第1讲　描述运动的基本概念 联立解得 = -  (3)产生误差可能的原因是:①两个硬币厚度不同,两硬币重心连线与水平面不平行;②两硬币碰撞内力 不远远大于外力,只是近似满足动量守恒(即如果摩擦力比较大,只是近似满足动量守恒)。 第1讲　描述运动的基本概念 $