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第一册（教科版）

该高中物理课件围绕“验证动量守恒定律”实验展开，涵盖实验目的、器材、原理、步骤及数据分析，通过平抛运动中速度与水平距离的转换，衔接动量守恒定律理论，为学生搭建从理论到实验操作的学习支架。 其亮点在于融合教材原型与拓展创新实验，如平抛小球碰撞、气垫导轨滑块碰撞等，以科学探究为核心，通过多次测量取平均、误差分析等培养科学思维，助力学生理解物理观念，教师可借助多样化题型提升教学效率。

4.实验：验证动量守恒定律 一、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路。 二、实验器材 斜槽轨道，两个大小相等、质量不同的小球，铅垂线，白纸，复写纸，天平，刻度尺，圆规，三角板等。 三、实验原理 如图甲所示。让一个质量较大的小球从斜槽上某一位置由静止滚下，与放在斜槽末端的另一个大小相同、质量较小的小球发生碰撞，之后两小球都做平抛运动。 1.小球质量的测量：用天平测量质量。 2.小球速度的测量：由于两小球下落的高度相同，所以它们的飞行时间相等。如果用小球的飞行时间作时间单位，那么小球飞出的水平距离在数值上就等于它的水平速度。因此，只需测出两小球的质量m1、m2和不放被碰小球时入射小球落地时飞行的水平距离OP，以及碰撞后入射小球与被碰小球落地时飞行的水平距离OM和ON。 3.验证m1OP=m1OM＋m2ON，即可验证动量守恒定律。 四、实验步骤 1.测量质量：用天平测出两小球的质量（m1、m2，m1＞m2），并选定质量较大的小球（m1）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末端水平。 3.铺纸：白纸在下，复写纸在上且在适当位置铺放好。记下重垂线所指的位置O。 4.找碰前落点：不放被撞小球，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就是小球落点的平均位置。 5.找碰后落点：把被撞小球放在斜槽末端，每次让入射小球都从斜槽上步骤4中的固定高度处自由滚下，使它们发生碰撞，重复实验10次。用步骤4的方法，标出碰后入射小球落点的平均位置M和被撞小球落点的平均位置N，如图丙所示。 6.结束：整理好实验器材放回原处。 五、数据分析 分析m1OP=m1OM＋m2ON在实验误差允许的范围内是否成立。 六、注意事项 1.入射小球的质量m1大于被碰小球的质量m2（m1＞m2）（大碰小，往前跑）。 2.入射小球半径等于被碰小球半径。 3.入射小球每次必须从斜槽上同一高度处自由滚下。 4.斜槽末端的切线方向水平。 5.为了减小误差，需要找到不放被碰小球及放被碰小球时小球落点的平均位置。为此，需要让入射小球从同一高度多次自由滚下，进行多次实验，然后用圆规画尽量小的圆把小球所有的落点都圈在里面，其圆心即为小球落点的平均位置。 6.不需要测量速度的具体数值。因平抛运动高度相同，下落时间相等，速度的测量可转换为水平距离的测量。 题型一　教材原型实验 （2026•四川省遂宁中学校高二开学考试）某实验小组用如图甲所示的实验装置验证动量守恒定律，图乙为装置简化图。A、B为大小相同的小球，测得质量分别为m1、m2，A球为入射小球，B球为被碰小球。实验时，先不放小球B，让小球A从斜槽上的某位置由静止释放后飞出落到垫有复写纸的白纸上，重复实验多次，记下平均落地点为P；然后，将小球B放在斜槽末端，让小球A从斜槽上的某位置由静止释放，与小球B发生碰撞，两球从斜槽末端飞出落到同一白纸上，重复实验多次，记下小球A、B的平均落地点分别为M、N：斜槽末端在白纸上的投影位置为O点。 （1）实验中需满足条件m1　　　　m2（选填“＞”或“＜”）。 （2）关于本实验的其他操作，下列说法正确的是（　　） A．小球A每次都必须从斜槽上同一位置由静止释放 B．必须测量斜槽末端距水平地面的高度 C．为完成实验，两个小球的大小必须相同 D．若小球A与小球B碰后反弹，仍能再次从斜槽末端飞出，则对实验无影响 （3）实验测得三个落地点位置与O点的距离分别为OM、OP、ON，为了验证A、B两小球碰撞过程中总动量守恒，应验证表达式　　　　　在实验误差允许范围内是否成立（用题中测得的物理量的符号表示）。 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 （2026•四川省凉山州高一期末）为了验证动量守恒定律，某实验小组的同学设计了如图所示的实验装置：将一足够长气垫导轨放置在水平桌面上，光电门1和光电门2相隔适当距离安装好，在滑块A和B相碰的端面上装有弹性碰撞架，它们的上端装有宽度均为d的挡光片，测得滑块A、B（包含遮光片）的质量分别为m1和m2。 （1）打开气泵，待稳定后调节气垫导轨，直至轻推滑块A后，A上遮光条通过光电门1和2的时间　　　　（选填“相等”或“不等”），说明气垫导轨已调至水平； （2）滑块A置于光电门1的左侧，滑块B静置于两光电门之间，给A一个向右的初速度，A与静止的滑块B发生碰撞且不粘连。与光电门1相连的计时器显示的遮光时间为Δt1，与光电门2相连的计时器先后显示的两次遮光时间分别为Δt2和Δt3。为使滑块A能通过光电门2，则m1　　　　m2（选填“小于”“等于”或“大于”）； （3）该装置在用于“验证动量守恒定律”时　　　　（选填“需要”或“不需要”）测出遮光片的宽度d； （4）在滑块A、B碰撞过程中，如果关系式　　　　【用第（2）问中测得的物理量符号表示】成立，则验证了动量守恒定律。 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 题型二　拓展与创新实验 某班物理兴趣小组选用如图所示装置来“探究碰撞中的不变量”。将一段不可伸长的轻质小绳一端与力传感器（可以实时记录绳所受的拉力）相连固定在O点，另一端连接小钢球A，把小钢球拉至M处可使绳水平拉紧。在小钢球最低点N右侧放置有一水平气垫导轨，气垫导轨上放有小滑块B（B上安装宽度较小且质量不计的遮光板）、光电门（已连接数字毫秒计），当地的重力加速度为g。 某同学按上图所示安装气垫导轨、滑块B（调整滑块B的位置使小钢球自由下垂静止在N点时与滑块B接触而无压力）和光电门，调整好气垫导轨高度，确保小钢球A通过最低点时恰好与滑块B发生正碰。让小钢球A从某位置释放，摆到最低点N与滑块B碰撞，碰撞后小钢球A并没有立即反向，碰撞时间极短。 （1）为完成实验，除了毫秒计读数Δt、碰撞前瞬间绳的拉力F1、碰撞结束瞬间绳的拉力F2、滑块B质量mB和遮光板宽度d外，还需要测量的物理量有　　　　（用题中已给的物理量符号来表示）。 A．小钢球A质量mA B．绳长L C．小钢球从M到N运动的时间 （2）滑块B通过光电门时的瞬时速度vB=　　　（用题中已给的物理量符号来表示）。 （3）实验中的不变量的表达式是　　 　　 　 　　（用题中已给的物理量符号来表示）。 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　（2026•四川省泸州市高一期末）某学习小组采用如图甲所示实验装置“验证动量守恒定律”。轨道上的小车a右端连接穿过打点计时器的纸带，轻推一下小车a使之运动，在与静止的小车b碰撞前已达匀速，碰后两车粘在一起继续匀速运动。 （1）图乙是正确操作后得到的一条纸带，计算小车a碰前的速度应选用纸带上的　　　　段（选填“BC”或“AC”）。已测得小车a的质量m1=0.30 kg，小车b的质量为m2=0.20 kg，交流电源的频率为50 Hz。由以上测量数据可得碰撞前系统总动量大小等于　　　　kg•m/s，碰撞后系统总动量大小等于　　　　kg•m/s。由以上计算结果即可验证碰撞前后系统动量守恒。（结果均保留2位小数） （2）若打点计时器的实际工作频率低于50 Hz，而实验者仍按照50 Hz的频率来分析，你认为对得出“系统动量守恒”这一实验结论　　　　（选填“有”或“无”）影响。 1.（2026•四川省成都市石室中学高一期末）在第四次“天宫课堂”中，航天员演示了验证动量守恒定律的实验。受此启发，某同学使用如图甲所示的装置进行了碰撞实验，气垫导轨两端分别安装a、b两个位移传感器，a测量滑块A与它的距离xA，b测量滑块B与它的距离xB。部分实验步骤如下： ①测量两个滑块的质量，分别为200.0 g和400.0 g； ②接通气源，调整气垫导轨水平； ③拨动两滑块，使A、B均向右运动； ④导出传感器记录的数据，绘制xA、xB随时间变化的图像，分别如图乙、图丙所示。 回答以下问题： （1）从图像可知两滑块在t=　　　　s时发生碰撞； （2）滑块B碰撞前的速度大小v=　　　　m/s （保留2位有效数字）； （3）通过分析，得出质量为200.0 g的滑块是　　　　（选填“A”或“B”）。 2.（2026•四川省遂宁市第六中学高三入学考试）某同学用图甲所示装置通过M、N两弹性小球的碰撞来验证动量守恒定律，图甲中A是斜槽导轨，固定在水平桌面上，斜面BF顶端B点与斜槽导轨的水平末端相接。实验时先使M球从斜槽上某一固定位置由静止释放，落到斜面上时记录纸上留下痕迹，重复上述操作10次，得到M球的10个落点痕迹，如图乙所示，刻度尺贴近斜面且零刻度线与B点对齐。再把N球放在斜槽导轨水平末端，让M球仍从原位置静止释放，和N球碰撞后两球分别在斜面记录纸上留下各自的落点痕迹，重复这种操作10次。（不考虑小球对斜面的二次碰撞） （1）为了更精确地做好该实验，要求两个碰撞小球的半径相等，M球的质量　　　　N球的质量（选填“小于”“等于”或“大于”）。 （2）由图乙可得M球不与N球碰撞时在斜面上的平均落点位置到B点的距离为　　　　cm。 （3）若利用天平测出M球的质量m1，N球的质量m2，利用刻度尺测量平均落点位置C、D、E到B的距离分别为LC、LD、LE，由上述测量的实验数据，验证动量守恒定律的表达式是　　　　（用所给物理量的字母表示）。 完成课后作业　第一章　4. 答案 4.实验：验证动量守恒定律 【必备技能培养】 【典例 1】　（1）＞　（2）AC　（3）m1•OP=m1•OM＋m2•ON 解析：（1）为了避免入射小球反弹，要保证入射小球质量m1大于被碰小球质量m2。 （2）为了保证两次入射小球到达斜槽末端具有相同的速度，两次入射小球需从同一位置由静止释放，选项A正确；小球飞出后做平抛运动，由于下落高度相同，则平抛时间相同，可以根据水平方向运动距离比较初速度，无需测量斜槽末端距水平地面的高度，选项B错误；为保证正碰，两个小球的大小必须相同，选项C正确；若小球A与小球B碰后反弹，A会在斜槽上运动一段距离，会有阻力对小球A做功，对实验有影响，选项D错误。 （3）根据平抛运动规律可知小球均从相同高度平抛，则平抛时间相同，若A、B两小球碰撞过程中总动量守恒，则有m1v0=m1v1＋m2v2，两边同时乘时间t，可得m1v0t=m1v1t＋m2v2t，即m1•OP=m1•OM＋m2•ON。 【典例 2】　（1）相等　（2）大于　（3）不需要 （4）=＋ 解析：（1）打开气泵，待稳定后调节气垫导轨，直至轻推滑块A后，A上遮光条通过光电门1和2的时间相等，滑块A做匀速运动，说明气垫导轨已调至水平。 （2）为使滑块A能通过光电门2，则m1大于m2。 （3）该装置在用于“验证动量守恒定律”时不需要测出遮光片的宽度d，只验证下面的表达式成立即可。（该表达式证明见小问4详解） =＋。 （4）根据动量守恒定律得m1v1=m1v3＋m2v2，根据题意得v1=，v2=，v3=，解得=＋，在滑块A、B碰撞过程中，如果关系式=＋成立，则验证了动量守恒定律。 【典例 3】　（1）AB　（2）　（3）= ＋mB 解析：（1）滑块B通过光电门时的瞬时速度vB=，根据牛顿第二定律得F1－mAg=mA，F2－mAg=mA，根据动量守恒定律得mAv1=mAv2＋mBvB，整理得=＋mB，所以还需要测量A的质量mA和绳长L，故选A、B。 （2）滑块B通过光电门时的瞬时速度vB=。 （3）实验中的不变量的表达式是 =＋mB。 素养训练 　（1）BC　0.52　0.51　（2）无 解析：（1）推动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，即在相同的时间内通过的位移相同，故BC段为匀速运动的阶段，故选BC段计算碰前的速度； 由于交流电频率为50 Hz，所以纸带上相邻两点间时间间隔为T=0.02 s，所以碰撞前小车a的速度大小为v0==1.725 m/s，碰前系统的总动量为p1=m1v0=0.52 kg•m/s； 由于碰撞过程是一个变速运动的过程，而a和b碰后共同运动时做匀速直线运动，故在相同的时间内通过相同的位移，故应选DE段来计算碰后共同的速度，则碰后的速度大小为，所以碰后的总动量为p2=（m1＋m2）v=0.51 kg•m/s。 （2）根据以上分析可知，若碰撞过程中系统动量守恒，则m1v0=（m1＋m2）v，即m1•BC=（m1＋m2）•DE，由此可知，打点计时器的打点时间间隔T不影响实验结果，打点计时器的实际工作频率低于50 Hz，而实验者仍按照50 Hz的频率来分析，对实验没有影响。 【教学效果检测】 1.（1）1.0　（2）0.20　（3）B 解析：（1）由x－t图像的斜率表示速度可知两滑块的速度在t=1.0 s时发生突变，即这个时候发生了碰撞。 （2）根据x－t图像斜率的绝对值表示速度大小可知碰撞前瞬间滑块B的速度大小为v=cm/s=0.20 m/s。 （3）由题图乙知，碰撞前滑块A的速度大小vA=0.50 m/s，碰撞后滑块A的速度大小约为vA′=0.36 m/s，由题图丙可知，碰撞后滑块B的速度大小为vB′=0.5 m/s，A和B碰撞过程动量守恒，则有mAvA＋mBv=mAvA′＋mBvB′，代入数据解得≈2，所以质量为200.0 g的滑块是B。 2.（1）大于　（2）54.2（53.5~54.5） （3）m1=m1＋m2 解析：（1）为使碰撞后M球不被弹回，都做平抛运动，M球的质量应大于N球的质量。 （2）画一个尽可能小的圆将所有落点圈住，圆心即为平均落点，由图乙可知平均落点位置到B点的距离约为54.2 cm。 （3）设斜面倾角为θ，则平均落点位置C、D、E到B的水平距离分别为xC=LCcos θ，xD=LDcos θ，xE=LEcos θ，运动时间分别为tC=，tD=，tE=，则水平速度分别为vC==•，vD==•，vE==•，若系统动量守恒则有m1vD=m1vC＋m2vE，联立整理可得m1=m1＋m2。 4 / 5 学科网（北京）股份有限公司 $