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

1.4 实验：验证动量守恒定律 教学设计 人教版（2019）高中物理选择性必修第一册 · 第一章第4节 一、教材分析 本节是《动量守恒定律》整章的验证性实验课，位于第3节《动量守恒定律》之后，是对动量守恒定律的直接实验验证。教材以“研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒”为主要方案，利用平抛运动的规律间接测量碰撞前后两球的速度，进而验证动量守恒定律。 本节实验集动手操作、原理分析、数据处理与误差分析于一体，既巩固了动量守恒定律、平抛运动等核心知识，又培养了学生设计方案、规范操作、处理数据和分析误差的科学探究能力，是本章乃至高中物理实验教学的重要内容。 课标要求：经历验证动量守恒定律的实验过程，会用实验测量碰撞前后的动量并验证动量守恒定律。 二、学情分析 学生已在第1～3节掌握动量、动量守恒定律及其守恒条件，并学习过平抛运动规律，具备一定的实验操作和数据处理能力。但存在认知难点： （1）不理解如何利用平抛运动的水平射程间接反映速度大小，对“飞行时间相同则水平位移与速度成正比”这一关系理解不深； （2）实验操作细节多（如斜槽末端水平、入射球从同一高度释放、找平均落点等），容易忽略导致误差； （3）对实验数据的处理和误差来源分析能力不足。 三、教学目标（核心素养） 1. 物理观念 理解验证动量守恒定律的实验原理，掌握用平抛运动测量碰撞前后速度的方法，进一步深化对动量守恒定律的理解。 2. 科学思维 能根据实验目的设计合理的测量方案，将动量守恒的矢量关系转化为可测量的物理量关系，培养等效替代和转化的科学思维。 3. 科学探究 能规范操作实验，正确使用天平、刻度尺等仪器，记录实验数据，通过数据处理验证动量守恒定律，并分析误差来源提出改进措施。 4. 科学态度与责任 养成严谨认真、实事求是、合作交流的科学态度，体会实验对检验物理规律的重要作用，增强动手实践和尊重实验数据的意识。 四、教学重难点 重点：理解实验原理，掌握用平抛运动测量碰撞前后速度的方法；规范完成实验操作与数据处理。 难点：理解用水平射程代替速度的原理；正确处理数据、分析实验误差。 五、教学准备 器材：斜槽轨道、铁架台、铅垂线、大小相等质量不同的两个小球、白纸、复写纸、天平、刻度尺、圆规、水平仪。 其他：实验演示视频、分组实验器材若干套、数据记录与处理学案。 六、教学过程（45分钟） （一）情境导入（5min） 回顾上节内容：动量守恒定律指出，系统不受外力或合外力为零时总动量保持不变。提问：这一定律是否正确？能否通过实验来验证？ 展示斜槽小球碰撞实验装置，说明本节课的任务：设计并完成实验，验证碰撞过程中系统的动量守恒。 设计意图：从“如何验证一个物理定律”出发，激发学生参与实验设计的主动性和探究兴趣。 （二）实验原理探究（12min） 1. 实验方案：让质量较大的入射小球 A 从斜槽某一高度由静止释放，在斜槽末端水平飞出；把质量较小的被碰小球 B 放在斜槽末端，A 与 B 碰撞后两球一起水平飞出。 2. 测量思路：两球碰撞前后瞬间的速度方向都是水平的，可用平抛运动规律测量。两球从同一高度水平飞出，飞行时间相同，水平位移与水平速度成正比。因此可用水平射程表示速度大小，动量守恒可转化为质量与水平射程乘积的关系。 【实验原理】验证式：m₁·OP = m₁·OM + m₂·ON 其中，m₁ 为入射球质量，m₂ 为被碰球质量；OP 为入射球单独滚下时落点 P 的水平射程；OM、ON 为碰撞后入射球、被碰球落点 M、N 的水平射程。 说明：由于飞行时间 t 相同，v = x/t，故 v∝x，mv ∝ mx，验证动量守恒即可通过比较 m₁·OP 与 m₁·OM + m₂·ON 是否相等实现。 （三）实验操作与数据记录（12min） 实验步骤： 1. 用天平测出两个小球的质量 m₁、m₂，记录数据； 2. 将斜槽固定在铁架台上，用水平仪调整使斜槽末端切线水平； 3. 在斜槽末端正下方的水平地面上铺白纸，白纸上面放复写纸，用铅垂线记录斜槽末端在白纸上的正投影 O 点； 4. 不放被碰球，让入射球 A 从斜槽某一高度由静止释放，多次重复，用圆规找出落点的最小圆的圆心作为平均落点 P，测出 OP； 5. 把被碰球 B 放在斜槽末端，让 A 从同一高度再次滚下与 B 碰撞，多次重复，分别找两球平均落点 M、N，测出 OM、ON。 器材清单（表）： 器材 用途 斜槽轨道、铁架台 提供小球水平飞出轨道，固定装置 入射球 A、被碰球 B 质量不等、半径相等的碰撞对象 天平 测量两球质量 白纸、复写纸 记录落点位置 铅垂线 确定斜槽末端的正投影 O 点 刻度尺、圆规、水平仪 测水平射程、找平均落点、调水平 （四）数据处理与验证（8min） 将测量数据填入记录表，计算并比较 m₁·OP 与 m₁·OM + m₂·ON： 物理量 m₁ m₂ 水平射程 OP/OM/ON m₁ kg — OP 为入射球单独落点射程 m₂ — kg OM、ON 为碰撞后落点射程 m₁·OP kg·m — 碰撞前入射球动量代表值 m₁·OM + m₂·ON kg·m — 碰撞后系统动量代表值 结论 — — 比较二者是否在误差范围内相等 结论：在误差允许的范围内，若 m₁·OP 与 m₁·OM + m₂·ON 近似相等，则验证了碰撞过程中系统动量守恒。 （五）误差分析与注意事项（5min） 主要误差来源： 1. 斜槽末端切线未调水平，导致小球并非水平飞出； 2. 入射球每次释放高度不一致，初速度不恒定； 3. 落点测量、找平均落点的误差；质量测量的误差。 注意事项： 1. 斜槽末端切线必须水平，入射球每次从同一高度由静止释放； 2. 入射球质量应大于被碰球质量，以保证碰撞后入射球不反弹； 3. 实验过程中桌面、斜槽、白纸位置保持不变； 4. 用圆规画最小圆找出落点的平均位置。 （六）课堂小结 + 作业布置（3min） 课堂小结： 1. 实验原理：用平抛运动水平射程表示速度，将动量守恒转化为 m₁·OP = m₁·OM + m₂·ON； 2. 实验操作要点：斜槽末端水平、入射球从同一高度释放、入射球质量大于被碰球； 3. 误差来源：水平调节、释放高度、落点测量等。 课后作业： 1. 完成实验报告，写出实验数据、结论和误差分析； 2. 思考：若碰撞不是正碰，此实验方法还能否验证动量守恒？谈谈你的看法。 七、板书设计 1.4 实验：验证动量守恒定律 1. 实验目的：验证碰撞中系统动量守恒 2. 实验原理：v ∝ x（平抛水平位移）→ mv ∝ mx 　 验证式：m₁·OP = m₁·OM + m₂·ON 3. 操作要点：末端水平；同一高度释放；入射球质量较大； 　 白纸+复写纸记录落点；圆规找平均落点 4. 数据处理：比较 m₁·OP 与 m₁·OM + m₂·ON 5. 误差：水平、释放高度、落点测量 八、教学反思（课后填写） 1. 学生较难理解用水平射程代替速度的原理，课前应结合平抛运动规律加强引导，必要时借助动画演示； 2. 分组实验时注意巡视规范操作，尤其关注斜槽末端是否水平、入射球释放高度是否一致； 3. 数据处理和误差分析是学生薄弱环节，应通过学案引导其逐步完成，培养实事求是的科学态度。 学科网（北京）股份有限公司 $