1.4 实验_验证动量守恒定律(PPT课件)-【满分思维】2026-2027学年高中物理选择性必修第一册配套课件（人教版）

4 实验：验证动量守恒定律 1 随堂巩固 ◆ ◆ 新课探究 课后习题 2 【实验思路】 1.一维碰撞 两个物体碰撞前沿同一直线运动,碰撞后______________运动,这种碰撞叫作一维 碰撞. 仍沿这条直线 2.实验的基本思路 在一维碰撞的情况下,与物体运动有关的物理量只有物体的______和 ______. 质量 速度 3.验证动量守恒定律 设两个物体的质量分别为和,碰撞前的速度分别为和 ,碰撞后的速度分 别为和 ,若速度与我们设定的坐标轴的方向一致,则取正值,否则取负值.探究 ______________是否成立. 3 方案一 研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 【实验原理】 如图所示.这一实验装置不仅能保证碰撞是一维的,还可以做出多种情形的碰撞, 速度的测量误差较小,这个方案是本实验的首选. 4 【实验器材】 学生电源、气垫导轨、滑块、天平、光电门、光电计时器等. 5 【物理量的测量】 1.用天平测量两个滑块的质量、 . 2.调整导轨使之处于水平状态,并使光电计时器系统正常工作. 3.如图所示,用细线将弹簧片弯成弓形,放在两个滑块之间,并使它们静止,然后烧 断细线,两滑块随即向相反的方向运动. 4.记录滑块上遮光条的宽度以及光电计时器显示的遮光时间 ,利用公式____ ___计算出两滑块相互作用前后的速度. 6 5.如图所示,在一个滑块上装上弹簧,使两个滑块相互碰撞,重复步骤4. 6.如图所示,在两个滑块的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥,二者相碰后粘在一起,重 复步骤4. 7 【数据处理】 将实验中测得的物理量填入如下表格. ____;____ 碰撞前 碰撞后 结论 速度 代入实验数据,看在误差允许的范围内动量是否守恒. 8 【注意事项】 1.滑块速度的测量：滑块在气垫导轨上运动的速度，式中 为滑块上的 遮光条的宽度(由仪器说明书上给出，也可以直接测量)， 为光电计时器显示 的遮光条经过光电门的时间. 2.注意速度的矢量性：规定一个正方向，碰撞前、后滑块速度的方向与正方向 比较，跟正方向相同即为正值，跟正方向相反即为负值，也就是说，比较 与 是否相等时，应该把速度的正、负号代入计算. 9 例1 [2026·河北衡水高二期中] 某实验小组利用气垫导轨验证动量守恒定律，实 验装置如图所示. 10 (1) 下列操作需要进行的是____；(填选项前的字母) A.测出遮光条的宽度 B.将气垫导轨调至水平 C.用天平测得滑块(含遮光条)、(含橡皮泥)的质量、 D.测出气垫导轨的长度 √ √ 11 [解析] 因为系统动量守恒的条件是系统合外力为0，所以要将导轨调水平，故B 正确；遮光条宽度为，由题意可知滑块碰滑块前速度大小为，滑块 碰滑块后整体速度为 ，规定向右为正方向，由动量守恒定律有 ，联立解得 ，所以不需要测出遮光条 的宽度和气垫导轨的长度 ，需要测出两个滑块质量，故C正确，A、D错误. 12 (2) 将滑块推至光电门1的左侧，将滑块 放在光电门1和2之间.向右轻推一下滑 块，滑块通过光电门1后与静止的滑块碰撞粘合一起通过光电门2.测得滑块 通过光电门1、2的时间分别为和 .在误差允许的范围内，只需验证等式 ____________________(用题中所给的字母表示)成立，即说明碰撞过程中、 系统动量守恒； [解析] 见(1)解析 13 (3) 某次实验中测得，，可知滑块、 的质量比值为_____， 二者碰撞过程中损失的机械能与碰前 的初动能的比值为_____. 14 [解析] 将，，代入，可得、 的质量 比为；动能和动量的数量关系为 ，又碰撞前后系统动量守恒，则碰 撞前后系统动能之比为 ，所以 二者碰撞过程中损失的机械能与碰之前的初动能的比值为 损 . 15 方案二 研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 【实验原理】 如图甲所示，利用平抛运动的水平方向和竖直方向的等时性和独立性特点可知， 高度相同则运动时间相同,水平方向做匀速直线运 动，故可用水平位移替代水平初速度. 16 【实验器材】 斜槽轨道、铅垂线、天平、小球、白纸、复写纸、刻度尺等. 17 【物理量的测量】 1.用天平测出两个半径相同的小球的质量、 ,并选定质量大的小球为入射小 球(设 ). 2.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.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 . 4.不放被碰小球,让入射小球从斜槽上某固定高度处由静止滚下,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 就是小球落点的平均位置. 18 5.把被碰小球放在斜槽末端,让入射小球从斜槽同一高度处由静止滚下,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 和被 碰小球落点的平均位置 ,如图乙所示. 6.测量线段、、 的长度.将测量数据填入表中,最后代入______________ _________________,看在误差允许的范围内此式是否成立. 19 例2 某同学用图甲所示装置通过半径相同的、 两球的碰撞来验证动量守恒定 律，图中是斜槽， 为水平槽，二者平滑相接，调节实验装置，使小球放 在上时恰能保持静止，实验时先使球从斜槽上某一固定位置 由静止开始 滚下，落到位于水平地面上的记录纸上，留下痕迹.重复上述操作10次，得到10 个落点痕迹.然后把球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让球仍从位置 由静 止开始滚下，和球碰撞后，、 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. 20 图甲中是水平槽末端在记录纸上的垂直投影点，为未放被碰球时 球的平 均落点，为与球碰后球的平均落点，为被碰球的平均落点.若 球落点痕 迹如图乙所示，其中米尺水平放置，且平行于.米尺的零刻度与 点对齐. 21 (1) 入射球的质量和被碰球的质量的关系是___(选填“ ”“ ”或“ ”) . [解析] 要使两球碰后都向右运动，球质量应大于球质量，即 . 22 (2) 碰撞后球的水平射程约为____________________ . 均可 [解析] 将10个点圈在最小圆内，圆的圆心为平均落点，可由米尺测得碰撞后 球的水平射程约为 . 23 (3) 下列选项中，属于本次实验必须测量的是_____(填选项前的字母). A.水平槽上未放球时，测量球平均落点位置到 点的距离 B.球与球碰撞后，测量球平均落点位置到 点的距离 C.测量球或 球的直径 D.测量球和 球的质量 E.测量 点相对于水平槽面的高度 √ √ √ 24 [解析] 从同一高度做平抛运动，飞行的时间 相同，而水平方向为匀速直线运动， 故水平位移 ，所以只要测出小球飞行的水平位移，就可以用水平位移的 测量值代替平抛运动的初速度.故需测出未放球时球飞行的水平距离 和碰 后、球飞行的水平距离和，及、 两球的质量，故A、B、D正确. 25 (4) 若系统动量守恒，则应有关系式：____________________________. [解析] 若动量守恒，需验证的关系式为 ， 将，，代入上式得 . 26 1.(用平抛运动验证动量守恒定律)[2026·广西大学附属中学高二月考] 如图所示， 用碰撞实验器可以探究碰撞中的不变量，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞 前后的关系. 随 堂 巩 固 27 (1) 图中 点是小球抛出点在地面上的垂直投影.实验时，先让入射球多次从斜轨 上位置由静止释放，找到其平均落地点的位置，测量平抛射程 .然后，把被 碰小球静置于轨道的水平部分末端，再将入射球从斜轨上 位置由静止释放，与 被碰小球相撞，并多次重复.接下来要完成的必要步骤是____(填选项前的字母). A.测量入射小球开始释放的高度 B.用天平测量两个小球的质量、 C.测量平抛射程、 D.测量抛出点距地面的高度 √ √ 随 堂 巩 固 28 [解析] 只需要保证每次入射小球释放时的高度不变即可，不需要测量具体的高 度大小，故A错误；在碰撞过程中的不变量是物体的动量 ，实验中需 要测量两个小球的质量，故B正确；为了得到两个小球抛出的速度，需要测量 水平射程，故C正确；在验证碰撞时的不变量时，验证公式为 ，可以变形为 ,其中高度 可以约掉，对要验证的公式没有影响，故D错误. 随 堂 巩 固 29 (2) 在某次的实验中，得到小球的落点情况为， ， ，假设碰撞中系统动量守恒，则入射小球的质量 和被碰小球 的质量应该满足___(选填“ ”“ ”或“”)，它们的比值 _____. [解析] 入射小球的质量应大于被碰小球的质量 ，保证碰撞之后两小球都 向前抛出，入射小球不会反弹；在验证碰撞时的不变量时，验证公式为 ，因为平抛运动抛出后的速度为 ，公式可以变形为 ， 代入全部数据，可得到 . 随 堂 巩 固 30 2.(用气垫导轨验证动量守恒定律)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，所用的气垫导轨装置由导轨、 滑块、弹射架等组成.在空腔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而引起 的误差. 随 堂 巩 固 31 (1) 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 [解析] 为保证滑块做匀速直线运动，气垫导轨应水平放置. ②向气垫导轨通入压缩空气； 随 堂 巩 固 32 ③把打点计时器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 器和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； 随 堂 巩 固 33 ⑥ 先接通打点计时器的电源，然后__________，让滑块带动纸带一起运动； 释放滑块 [解析] 在弹射释放滑块之前应提前接通打点计时器，保证纸带能够记录足够多 的数据点. ⑦取下纸带，重复步骤④⑤⑥，选出较理想的纸带如图丁所示； ⑧测得滑块1(包括撞针)的质量为，滑块2(包括橡皮泥)的质量为 . 随 堂 巩 固 34 (2) 已知打点计时器每隔 打一个点，计算可知，两滑块相互接触作用前的 总动量为______；两滑块相互作用以后的总动量为______ . (均保留三位有效数字) 0.840 0.834 随 堂 巩 固 35 [解析] 相互作用前滑块1的速度大小为 ，相互 作用之前的总动量为 ，相互作用后两滑块的共同速 度大小为 ，相互作用之后的总动量为 . 随 堂 巩 固 36 课后习题 37 1.(6分)某同学利用打点计时器和气垫导轨做“验证动量守恒定律”实验，气垫导 轨装置如图甲所示，实验所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成.下 面是实验的主要步骤： A.安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平； B.向气垫导轨空腔内通入压缩空气； 课 后 习 题 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 38 C.把打点计时器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 器与弹射架，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； D.使滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳，把滑块2放在气垫导轨的中间； E.先接通打点计时器的电源，待打点计时器工作稳定后释放滑块1，让滑块1带 动纸带一起运动，运动一段时间后与滑块2碰撞并粘在一起继续运动，打点计时 器打出的纸带如图乙所示. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 39 已知滑块1的质量为，滑块2(包括橡皮泥)的质量为 ，打点计时器每隔 打一个点.通过计算可知，两滑块相互作用前系统的总动量为______ ；两滑块相互作用以后系统的总动量为______ .两结果不完全相 等的主要原因是__________________________.(计算结果均保留三位有效数字) 纸带运动的过程中受到阻力 课 后 习 题 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 40 [解析] 释放滑块1后，滑块1做匀速运动，与滑块2发生碰撞后和滑块2一起做匀 速运动，根据纸带上数据可知，碰撞前滑块1的动量为 ，滑块2的动量为零，所以碰 撞前的总动量为 ；碰撞后滑块1、2速度相等，所以碰撞后总动量 为 ；两结果 不完全相等主要是因为纸带与打点计时器限位孔间有摩擦力的作用. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 41 2.(6分)[2025·辽宁阜新高二期末] 图甲是“碰撞中的动量守恒”实验装置的示意图. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 42 (1) (2分)在验证动量守恒定律的实验中，不必须要求的条件是___.(填选项前的 字母) A.轨道光滑 B.轨道末端的切线水平 C.碰撞的瞬间入射小球和被碰小球的球心连线与轨道末端的切线平行 D.每次入射小球都要从同一高度由静止滚下 √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 43 [解析] 若小球每次从轨道同一位置释放，小球克服摩擦力做功相同，小球飞出 轨道末端速度大小一定，可知轨道光滑与否对实验没有影响，故A错误，符合 题意；为了确保小球飞出轨道的初速度方向水平，轨道末端的切线必须水平， 故B正确，不符合题意；为了使得碰撞过程发生的是对心碰撞，碰撞的瞬间入 射小球和被碰小球的球心连线与轨道末端的切线平行，故C正确，不符合题意； 为了确保小球每次飞出轨道末端初速度大小一定，实验中每次入射小球都要从 同一高度由静止滚下，故D正确，不符合题意. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 44 (2) (2分)入射小球与被碰小球的直径相同，则被碰小球的质量 应______ (选填“大于”“小于”或“等于”)入射小球的质量 . 小于 [解析] 入射小球与被碰小球的直径相同，为了避免入射小球发生反弹，则被碰 小球的质量应小于入射小球的质量 . 课 后 习 题 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 45 (3) (2分)在做此实验时，若某次实验得到小球的落点情况如图乙所示.假设碰撞 中动量守恒.则 _____. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 46 [解析] 为入射小球单独滚下的落地点，为入射小球碰撞后的落地点， 为被 碰小球碰撞后的落地点，根据，，解得 ，结合上述可 知，， ，根据动量守恒定律有 ，解得 . 课 后 习 题 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 47 3.(10分)[2026·江苏盐城中学等五校高二期中] 某同学用如图甲所示实验装置来 做“验证动量守恒定律”的实验，实验原理如图乙所示. 图乙中点是小球抛出点在地面上的垂直投影.实验时，先让入射球 多次从斜轨 上由静止释放，找到其平均落地点的位置.然后，把被碰小球 静置于水平轨道 的末端，再将入射小球从斜轨上由静止释放，与小球 相碰，并且多次重复.实 验得到小球的落点的平均位置分别为、 . 课 后 习 题 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 48 (1) (2分)为了确保两小球一样大，该同学实验开始前用游标卡尺测量了两小球 的直径都如图丙所示，则小球的直径为______ . 16.70 [解析] 小球的直径为 . 课 后 习 题 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 49 (2) (2分)对于上述实验操作，下列说法正确的是____.(填选项前的字母) A.小球不需要每次从斜槽上相同的位置自由滚下 B.斜槽轨道末端必须水平 C.斜槽轨道必须光滑 D.小球的质量应大于小球 的质量 √ √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 50 [解析] 应使小球每次从斜槽上相同的位置自由滚下，选项A错误；斜槽轨道末 端必须水平，以保证小球做平抛运动，选项B正确；斜槽轨道不一定必须光滑， 只要小球到达底端时速度相同即可，选项C错误；小球质量应大于小球 的 质量，以防止 球碰撞后反弹，选项D正确. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 51 (3) (2分)小球释放后落在复写纸上会在白纸上留下印迹，如图丁所示.多次实验 后，白纸上留下了7个印迹，如果用画圆法确定小球的落点 ，图中画的三个圆 最合理的是___(填字母代号)； [解析] 实验结束后，舍掉误差较大的点，用尽量小的圆把落点圈在一起，圆心 即为小球的平均落地点，则图中画的三个圆最合理的是 . 课 后 习 题 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 52 (4) (2分)上述实验除需测量线段、、 的长度外，还需要测量的物理量 有___. A.球在斜轨上静止释放处与点间的高度差 B.点离地面的高度 C.小球和小球的质量、 D.小球和小球离开轨道的速度、 √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 53 [解析] 要验证动量守恒定律，即验证 ，小球离开轨道后做 平抛运动，它们抛出点的高度相等，在空中的运动时间 相等，上式两边同时乘 以得，即 ，因此实验需要测 量两球的质量，并且分别找到两球相碰后平均落地点的位置、 ，测量小球的 水平位移，所以上述实验除需测量线段、、 的长度外，还需要测量的 物理量有小球和小球的质量、 ，故选C. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 54 (5) (2分)当所测物理量满足表达式_______________________(用第(4)小问中测 量的物理量的字母表示)时，即说明两球碰撞遵守动量守恒定律. [解析] 若两球相碰后的动量守恒，由(4)可知其表达式为 . 课 后 习 题 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 55 4.(10分)[2026·四川成都七中高二月考] 某实验小组设计了两组方案，通过小球 在斜槽末端的碰撞来验证动量守恒定律，请回答下列问题： 课 后 习 题 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 56 (1) (8分)图甲为方案一的实验装置图，接球木板水平放置.实验时，让入射球 多次从斜槽上某点由静止释放，平均落点为.再把被碰小球 静止放在斜槽末 端，再将入射小球从斜槽上同一位置由静止释放，与小球 相撞，并多次重复， 记录两个小球碰后的平均落点、 . 课 后 习 题 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 57 ① (2分)安装实验装置时，斜槽末端______(选填“需要”或“不需要”)水平； 需要 [解析] 斜槽末端需要水平，以保证小球能做平抛运动. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 58 ② (3分)小球、的质量分别为、，半径分别为、 ，则为了顺利完成 实验，它们应满足的关系是___、___；(均选填“ ”“ ”或“ ”) [解析] 为满足对心正碰，且碰后小球不反弹，则， . 课 后 习 题 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 59 ③ (3分)点为小球抛出时球心在木板上的投影点，测得、、 的长 度分别为、、，若表达式____________________(用、、、 、 表示)成立，则动量守恒定律得到验证. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 60 [解析] 小球从斜槽末端飞出后，做平抛运动，竖直方向上小球下落的高度相等， 则小球在空中运动的时间相等，设为，碰撞前小球的速度为 ，碰撞后 小球、的速度分别为、 ，取水平向右为正方向，两球碰撞前后 的总动量守恒，则有，整理得 . 课 后 习 题 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 61 (2) (2分)图乙为方案二的实验装置图，仅移动木板的位置，将其竖直放置在斜 槽末端的右侧， 点为小球抛出时球心在木板上的投影点.仍重复方案一的操作， 木板上得到三个平均落点、、，测出、、长度分别为 、 、，若表达式_ ______________(用、、、、 表示)成立，则动 量守恒定律也能得到验证. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 62 [解析] 设碰撞前与小球的距离为，小球做平抛运动，碰撞前对小球 有 ，，解得，同理碰后小球、 的速度为 ， ，取水平向右为正方向，两球碰撞前后总动量守恒， 则有，整理得 . 课 后 习 题 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 63 5.(10分)[2025·山西大学附属中学高二月考] 某同学在探究碰撞过程中的动量守 恒时，设计了如图所示的实验，并进行了如下的操作： .将两个完全相同的遮光片分别固定在滑块甲和滑块乙上，用天平测量两滑块 甲、乙和遮光片的总质量、，将两个光电门、 分别固定在气垫导轨上； .调节气垫导轨水平，将滑块甲放在光电门 的左侧，轻推滑块甲使其依次通过 光电门、，遮光片的挡光时间分别为、 ； 课 后 习 题 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 64 .将轻弹簧放置在两滑块之间，使弹簧压缩且处于锁定状态，并将两滑块放在 两光电门之间，某时刻将锁定解除，两滑块被弹簧弹开，两滑块甲、乙分别通 过光电门时已经与弹簧分离，记录甲、乙经过光电门、的挡光时间、 . 回答下列问题： 课 后 习 题 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 65 (1) (2分)操作中，若气垫导轨水平，则___(选填“ ”“”或“ ”) ； [解析] 操作中，若气垫导轨水平，则滑块做匀速运动，则有 . 课 后 习 题 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 66 (2) (8分)本次实验若仅探究两滑块弹开过程中动量是否守恒，则________ (选填“需要”或“不需要”)测量遮光片的宽度 ，若关系式________成立，则动量 守恒；若本次实验再探究弹簧储存的弹性势能，则______(选填“需要”或“不需 要”)测量遮光片的宽度，锁定解除瞬间，弹簧储存的弹性势能为 _ ___________(用以上测量的字母表示). 不需要 需要 课 后 习 题 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 67 [解析] 设遮光片的宽度为，则滑块甲经过光电门的速度大小为 ，滑块 乙经过光电门的速度大小为 ，由于初动量为0，根据动量守恒定律可得 ，联立可得 ，本次实验若仅探究两滑块弹开过程中动量是 否守恒，则不需要测量遮光片的宽度，若关系式 成立，则动量守恒； 根据能量守恒定律可得，联立可得 ，若 本次实验再探究弹簧储存的弹性势能，则需要 测量遮光片的宽度 ，锁定解除瞬间，弹簧储 存的弹性势能为 . 课 后 习 题 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 68 $