1.4 实验：验证动量守恒定律（Word学生用书）-【学霸笔记·同步精讲】2026-2027学年高中物理选择性必修一（人教版·江苏专版）

本讲义聚焦“验证动量守恒定律”核心实验，系统梳理实验目的（明确思路、掌握方案、学会数据处理）、原理（碰撞前后动量关系）及两种方案（气垫导轨用光电门测速度，斜槽小球用平抛射程替代速度），并结合误差分析，构建完整学习支架。 该资料通过多样化实验方案（气垫导轨与斜槽小球）培养科学探究能力，例题涵盖原型与创新实验提升科学思维（模型建构、科学推理），误差分析强调严谨性渗透科学态度。课中辅助教师演示教学，课后学生可借例题巩固，有效查漏补缺。

4.实验：验证动量守恒定律 一、实验目的 1.明确验证动量守恒定律的基本思路。 2.会用不同的方案验证一维碰撞中的动量守恒。 3.知道实验数据的处理方法。 二、实验原理 　在一维碰撞中，测出相碰撞两物体的质量m1、m2和碰撞前物体的速度v1、v2及碰撞后物体的速度v1′、v2′，求出碰撞前的动量p=　　　　　　　　及碰撞后的动量p′=　　　　　　　，看碰撞前后动量是否守恒。 三、两种实验方案 方案（一）　研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 1.实验器材 实验器材：　　　　　　　、数字计时器、　　　　、滑块（两个）、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥、　　　　　等。 2.实验步骤 （1）安装气垫导轨，接通电源，给导轨通气，调节导轨　　　　。 （2）在滑块上安装好挡光片、弹性碰撞架、光电门等，测出两滑块的　　　　　　和　　　　　　。 （3）用手拨动滑块使其在两数字计时器之间相碰。滑块反弹越过数字计时器之后，抓住滑块避免　　　　　　。读出两滑块经过两数字计时器前后的4个时间。 （4）改变碰撞速度，或采用运动滑块撞击静止滑块等方式，分别读出多组数据，记入表格。 3.数据分析 （1）滑块速度的测量：v=　　　　，式中Δx为滑块挡光片的宽度（仪器说明书上给出，也可直接测量），Δt为数字计时器显示的滑块（挡光片）经过光电门的时间。 （2）验证的表达式：m1v1＋m2v2=m1v1′＋m2v2′。 4.注意事项 （1）气垫导轨要调整到水平。 （2）安装到滑块的挡光片宽度适当小些，计算速度会更精确。 方案（二）　研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 1.实验器材 实验器材：实验桌，　　　　　　，两个大小　　　　、质量　　　　的小球，铅垂线，复写纸，白纸，天平，　　　　　，圆规，三角板等。 2.实验步骤 （1）测质量：用天平测出两小球的质量，并选定质量　　　的小球为入射小球。 （2）安装：按照图甲所示安装实验装置。调整固定斜槽使斜槽底端　　　　。 （3）铺纸：白纸在下，复写纸在上且在适当位置铺放好。记下铅垂线所指的位置O。 （4）放球找点：　　　　被撞小球，每次让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下，重复10次。用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面。圆心P就是　　　　　的平均位置。 （5）碰撞找点：把被撞小球放在斜槽末端，每次让入射小球从斜槽同一高度自由滚下，使它们发生碰撞，重复实验10次。用步骤4的方法，标出碰后　　　　　　　　的平均位置M和　　　　　　　　的平均位置N。如图所示。 3.数据分析 由OP=v1t，OM=v1′t，ON=v2′t，得v1=，v1′=，v2′=。 可知，小球碰撞后的速度之比等于它们落地时飞行的　　　　　　之比，因此这个实验可以不测量速度的具体数值，只需验证　　　　　　　　　　是否成立就可以验证动量守恒定律是否成立。 4.注意事项 （1）斜槽末端的切线必须水平。 （2）入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放。 （3）入射小球的质量m1大于被碰小球的质量m2。 （4）实验过程中实验桌、斜槽、记录的白纸的位置要始终保持不变。 （5）不需要测量速度的具体数值，将速度的测量转化为水平距离的测量。 四、误差分析 1.系统误差：主要来源于装置本身是否符合要求。 （1）碰撞是否为一维。 （2）实验是否满足动量守恒定律的条件，如方案（一）中气垫导轨是否水平，方案（二）中斜槽末端是否水平等。 2.偶然误差：主要来源于质量m1、m2和碰撞前后速度或水平射程的测量。 类型一　教材原型实验 小刘同学利用气垫导轨验证动量守恒定律，实验装置如图所示。 （1）将滑块b放置在气垫导轨上，打开气泵，待气流稳定后，调节气垫导轨，直至观察到滑块b能在短时间内保持静止，说明气垫导轨已调至　　　　。 （2）用天平测得滑块a、b的质量分别为ma、mb。 （3）在滑块上分别安装配套的撞针和橡皮泥，并按图示方式放置两滑块。使滑块a获得向右的速度，滑块a通过光电门1后与静止的滑块b碰撞粘在一起，并一起通过光电门2，遮光片通过光电门1、2的时间分别为t1、t2，则上述物理量间如果满足关系式　　　　　　　　，则证明碰撞过程中两滑块的总动量守恒。 （4）本实验　　　　（选填“需要”或“不需要”）测量遮光片的宽度。 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 （2026•沛中矿附联考）某同学用如图甲所示的实验装置验证动量守恒定律。将斜槽轨道固定在水平桌面上，轨道末段水平，右侧端点在水平地面上垂直投影为O，地面上叠放白纸和复写纸。 实验步骤一：让小球1从斜槽上某一固定位置S由静止滚下，从轨道右端水平抛出，落到复写纸上，并在白纸上留下痕迹，重复上述操作10次，得到10个落点痕迹。用圆规画尽量小的圆，把所有的小球落点圈在里面，圆心P就是小球落点的平均位置。 实验步骤二：把小球2放在水平轨道右端，让小球1仍从位置S由静止滚下，小球1和小球2碰撞后，分别在白纸上留下各自的落点痕迹，重复操作10次。用同样画圆的方法，分别标出它们落点的平均位置M、N，如图乙。 （1）关于本实验，下列说法正确的有　　　（填正确选项前字母）。 A．斜槽轨道必须光滑 B．小球1和小球2的半径必须相同 C．小球1的质量必须大于小球2的质量 D．重复操作时发现小球的个别落点和其他落点相差较远，画圆时可以删除该落点 （2）本实验除了要测量、、的值以外，还必须测量的物理量是　　　　（填正确选项前字母）。 A．小球1的质量m1和小球2的质量m2 B．小球1开始释放时距地面的高度h C．抛出点距地面的高度H D．小球平抛运动的飞行时间t （3）若所测物理量满足表达式　　　　　　　　　　　［用（2）问所测的物理量符号表示］时，则说明两球的碰撞遵守动量守恒定律。 （4）若在测量线段长度时发现，、相差不明显，请你提出一条改进建议　　　　　　　　　　　　　　。 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 类型二　拓展与创新实验 （2025•淮安月考）某同学用斜轨道和水平轨道来验证动量守恒定律，如图所示，将斜轨道固定，并与水平轨道在O点由小圆弧平滑连接，将一物块甲由斜轨道上某一位置静止释放，物块甲最后停在水平轨道上，多次重复该操作，找到物块甲的平均停留位置，记为P点；将相同材质的物块乙放在O点，再次让物块甲由斜轨道上静止释放，多次重复该操作，找到物块甲、乙的平均停留位置，分别记为M、N点，回答下列问题。 （1）物块甲的质量应　　　　（选填“大于”“等于”或“小于”）物块乙的质量。 （2）物块甲每次的释放位置应　　　　（选填“相同”或“不同”）。 （3）若物块甲、乙的质量分别为m1、m2，O点到P、M、N三点的距离分别为x0、x1、x2，若关系式　　　　　　　成立（用m1、m2、x0、x1、x2表示），则说明该碰撞过程动量守恒。 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 创新分析 （1）实验器材创新：实验中采用倾斜轨道与粗糙水平轨道相结合的装置，进行实验。 （2）实验原理创新：实验中利用物块碰撞后在粗糙水平轨道做匀减速直线运动，结合匀变速直线运动规律实现对速度的测量，进而达到实验目的。 （2025•镇江高二上月考）在“验证动量守恒定律”的实验中，先让质量为m1的A球从斜槽轨道上某一固定位置S由静止开始滚下，从轨道末端水平抛出，落到位于竖直挡板的复写纸上，在复写纸下面的白纸上留下痕迹。重复上述操作10次，得到10个落点痕迹。再把质量为m2的B球放在斜槽轨道末端，让A球仍从位置S由静止滚下，与B球碰撞后，分别在白纸上留下各自的落点痕迹，重复操作10次。M、P、N为三个落点的平均位置，O′点是轨道末端在白纸上的水平投影点。 （1）已知当地的重力加速度为g，通过测量图中的　　　　和　　　　即可计算A球碰撞后的速度； A．h B．H 　C．O′M D．O′P　E．O′N　F．x （2）若小球A的质量为m1，半径为r1；小球B的质量为m2，半径为r2，则　　　　； A．m1＞m2，r1＞r2B．m1＞m2，r1＜r2 C．m1＞m2，r1=r2　 D．m1＜m2，r1=r2 （3）测得O′M=h1、O′P=h2、O′N=h3，若满足关系式　　　　　　　　　　则可以认为两小球碰撞前后总动量守恒； （4）碰撞的恢复系数的定义为e=，其中v10和v20分别是碰撞前两物体的速度，v1和v2分别是碰撞后两物体的速度。写出用（3）中测量的量表示的恢复系数的表达式　　　　　　　　　。 完成课后作业　第一章　4. 5 / 5 学科网（北京）股份有限公司 $ 4.实验：验证动量守恒定律 【实验基础落实】 二、m1v1＋m2v2　m1v1′＋m2v2′ 三、方案（一） 1.气垫导轨　天平　挡光片　2.（1）水平　（2）质量m1　m2 （3）反复碰撞　3.（1） 方案（二） 1.斜槽轨道　相等　不同　刻度尺　2.（1）大　（2）水平 （4）不放　小球落点　（5）入射小球落点　被撞小球落点 3.水平距离　m1•OP=m1•OM＋m2•ON 【实验技能培养】 【例 1】　（1）水平　（3）=　（4）不需要 解析：（1）将滑块b放置在气垫导轨上，打开气泵，待气流稳定后，调节气垫导轨，直至观察到滑块b能在短时间内保持静止，说明气垫导轨已调至水平。 （3）根据动量守恒定律可知mav1=（ma＋mb）v2 根据速度公式可知v1=，v2= 代入上式可得应满足的关系式为=。 （4）由以上分析的结果=可知，本实验不需要测量遮光片的宽度。 【例 2】　（1）BCD　（2）A　（3）m1•=m1•＋m2•　（4）见解析 解析：（1）小球1每次均从斜槽同一位置静止释放，小球克服摩擦力做功相同，斜槽的摩擦对实验没有影响，实验中，斜槽轨道不需要保持光滑，故A错误；为了使两小球发生对心正碰，小球1和小球2的半径必须相同，故B正确；为了避免碰撞后发生反弹，小球1的质量必须大于小球2的质量，故C正确；重复操作时发现小球的个别落点和其他落点相差较远，可知该点是错误操作引起，则画圆时可以删除该落点，故D正确。 （2）小球做平抛运动下落高度相同，则有h=gt2 小球做平抛运动水平方向有=v0t，=v1t，=v2t 根据动量守恒定律有m1v0=m1v1＋m2v2 解得m1•=m1•＋m2• 可知本实验除了要测量、、的值以外，还必须要测量的物理量是小球1的质量m1和小球2的质量m2，故选A。 （3）结合上述可知，若两球的碰撞遵守动量守恒定律，则所测物理量满足表达式m1•=m1•＋m2•。 （4）若在测量线段长度时发现，、相差不明显，可以增大小球1的质量，减小小球2的质量，或者增加释放点的高度。 【例 3】　（1）大于　（2）相同　（3）m1=m1＋m2 解析：（1）为保证碰撞过程不反弹，则甲的质量应大于乙的质量。 （2）为保证碰撞前甲的速度均相同，则甲每次应从同一位置释放。 （3） 物块在水平面上做匀减速运动，根据匀变速直线运动规律，则有v2=2ax，解得v=，若碰撞过程动量守恒。则有m1v0=m1v1＋m2v2即m1=m1＋m2。 即学即练 （1）C　F　（2）C　（3）=＋ （4）e= 解析：（1）由图可知M点是A球碰后在竖直挡板上的碰撞点，则根据平抛运动的规律可知，求解A球碰后的速度，只需要知道竖直位移O′M和水平位移x即可，故选C、F。 （2）为防止A球碰后反弹，则要求入射球A的质量大于被碰球B的质量，即m1＞m2 为保证两球正碰，则要求两球的半径相等，即r1=r2，故选C。 （3）根据平抛运动的规律可知x=vt，y=gt2 解得v=x，可知碰前A球速度v0=x 碰后A、B的速度分别为v1=x，v2=x 若动量守恒，则满足m1v0=m1v1＋m2v2 即=＋。 （4）碰撞的恢复系数为 e===。 学科网（北京）股份有限公司 $