2025秋高考物理复习第六章实验六验证动量守恒定律课件

(共47张PPT)
实验六
验证动量守恒定律
1.实验目的
验证碰撞中的动量守恒定律.
2.实验原理
在一维碰撞中，测出物体的质量m和碰撞前、后物体的速度v、v′，算出碰撞前的动量p＝m1v1＋m2v2及碰撞后的动量p′＝m1v1′＋m2v2′，看碰撞前后动量是否相等.
3.实验器材
方案一 利用气垫导轨完成一维碰撞实验
气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个)、重物、弹簧片、
细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等.
方案二 在光滑长木板上两车碰撞完成一维碰撞实验
光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、
橡皮泥等.
方案三 利用等大小球做平抛运动完成一维碰撞实验
斜槽、大小相等质量不同的小球两个、重垂线、白纸、复写
纸、天平、刻度尺、圆规、三角板等.
4.实验步骤
方案一 利用气垫导轨完成一维碰撞实验
(1)测质量：用天平测出滑块质量.
(2)安装：正确安装好气垫导轨，如图所示.
(3)测速度：接通电源，利用配套的光电计时装置测出两滑块各种情况下碰撞前后的速度(①改变滑块的质量；②改变滑块的初速度大小和方向).
(4)验证：一维碰撞中的动量守恒.
方案二 在光滑长木板上两车碰撞完成一维碰撞实验
(1)测质量：用天平测出两小车的质量.
(2)安装：将打点计时器固定在光滑长木板的一端，把纸带穿
过打点计时器，连在小车的后面，在两小车的碰撞端分别装上撞
针和橡皮泥，如图所示.
(3)碰撞：接通电源，让小车 A 运动，小车 B 静止，两车碰撞
时撞针插入橡皮泥中，把两小车连接成一体运动.
(4)测速度：通过纸带上两计数点间的距离及时间由
算出速度.
(5)改变条件：改变碰撞条件，重复实验.
(6)验证：一维碰撞中的动量守恒.
　　　
方案三 利用等大小球做平抛运动完成一维碰撞实验
(1)测质量：先用天平测出入射小球、被碰小球质量 ma、mb
(ma>mb).
(2)安装：按如图所示安装好实验装置，将斜槽固定在桌边，
使槽的末端点切线水平，调节实验装置使两小球
碰撞时处于同一水平高度，且碰撞瞬间入射小球
与被碰小球的球心连线与轨道末端的切线平行，
以确保两小球正碰后的速度方向水平.
(3)铺白纸：在地上铺一张白纸，在白纸上铺放复写纸.
(4)定 O 点：在白纸上记下重垂线所指的位置 O，它表示入射
小球碰前的位置.
(5)定 P 点：先不放被碰小球，让入射小球从斜槽上同一高度
处滚下，重复 10 次，用圆规画尽可能小的圆把小球的所有落点圈
在里面，圆心就是入射小球发生碰撞前的落地点 P.
(6)定 M、N 点：把被碰小球放在斜槽的末端，让入射小球从
同一高度滚下，使它们发生正碰，重复 10 次，从上一步骤求出入
射小球落地点的平均位置 M 和被碰小球落地点的平均位置 N.
(7)连直线：过 O 和 N 在纸上作一直线.
(8)测长度：用刻度尺量出线段 OM、OP、ON 的长度.
5.误差分析
(1)系统误差主要来源于实验器材及实验操作等.如：①碰撞是
否为一维；②气垫导轨是否完全水平，小车受到长木板的摩擦力，
入射小球的释放高度存在差异.
(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.
6.注意事项
(1)前提条件：碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”.
(2)方案提醒：①若利用气垫导轨进行验证，给滑块的初速度
应沿着导轨的方向；②若利用两小车相碰进行验证，要注意平衡
摩擦力；③若利用平抛运动规律进行验证，安装实验装置时，应
注意调整斜槽，使斜槽末端切线水平，且选质量较大的小球为入
射小球.
考点 1 基本实验原理与实验操作的考查
【典题1】(2024 年河南卷)某同学用如图所示的装置验证动量
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
点在水平木板上的垂直投影为 O，木板上叠放着白纸和复写纸.实
验时先将小球 a 从斜槽轨道上 Q 处由静止释放，a 从轨道右端水
平飞出后落在木板上；重复多次，测出落点的平均位置 P 与 O 点
的距离 xP，将与 a 半径相等的小球 b 置于轨道右侧端点，再将小
球 a 从 Q 处由静止释放，两球碰撞后均落在木板上；重复多次，
分别测出 a、b 两球落点的平均位置 M、N 与 O 点的距离xM、xN.
完成下列填空：
(1) 记 a 、b 两球的质量分别为 ma、mb，实验中须满足条件
ma________mb(填“>”或“<”).
(2)如果测得的xP、xM、xN、ma和mb在实验误差范围内满足关
系式________________，则验证了两小球在碰撞中满足动量守恒
定律.实验中，用小球落点与 O 点的距离来代替小球水平飞出时的
速度，依据是_____________________________________________
________________________________________________________.
答案：(1)>
(2)maxP＝maxM＋mbxN　小球离开斜槽末端后做平抛运动，竖
直方向高度相同，故下落时间相同，水平方向做匀速直线运动，
小球水平飞出时的速度与平抛运动的水平位移成正比
考点 2 数据处理与误差分析
【典题2】气垫导轨上有 A、B 两个滑块，开始时两个滑块静
止，它们之间有一根被压缩的轻质弹簧，滑块间用绳子连接(如图
甲所示)，绳子烧断后，两个滑块向相反方向运动，图乙为它们运
动过程的频闪照片，频闪的频率为 10 Hz，由图可知：
甲
乙
(1)A、B 离开弹簧后，应该做________运动，已知滑块 A、B
的质量分别为 200 g、300 g，根据照片记录的信息，从图中可以看
出闪光照片有明显与事实不相符合的地方是_______________.
(2)若不计此失误，分开后，A 的动量大小为________kg·m/s，
B 的动量大小为________kg·m/s，本实验中得出“在实验误差允
许范围内，两滑块组成的系统动量守恒”这一结论的依据是
__________________________________________________.
答案：(1)匀速直线　A、B 两滑块的第一个间隔
(2) 0.018　0.018　A、B 两滑块作用前后总动量相等，均为 0
实验目的的创新
1.利用动量守恒、机械能守恒计算弹丸的发射速度
2.减小实验误差的措施，体现了物理知识和物理实验的实用性、创新性和综合性
(续表)
实验器材的创新
1.利用铝质导轨研究完全非弹性碰撞
2.利用闪光照相机记录立方体滑块碰撞前后的运动规律，从而确定滑块碰撞前后的速度
(续表)
实验过程的创新
1.用压缩弹簧的方式使两滑块获得速度，可使两滑块的合动量为零
2.利用v＝ 的方式获得滑块弹离时的速度
3.根据能量守恒定律测定弹簧的弹性势能
考向 1 利用气垫导轨
【典题 3】(2024 年广东广州一模)如图甲，光电门 1、2 固定
在气垫导轨上，滑块 A 静置于光电门 1 左侧，滑块 B 静置于光电
门 1、2 之间，现用该装置验证 A、B 碰撞前后系统动量守恒.完成
下列相关实验内容.
甲
乙
(1)实验原理
若气垫导轨水平，A、B 质量分别为 mA、mB；A 向右运动，
遮光片通过光电门 1 的遮光时间为Δt1，A、B 碰后粘在一起运动，
遮光片通过光电门 2 的遮光时间为Δt2.当
Δt1
Δt2
＝_______(用 mA、mB
表示)时，系统动量守恒得到验证.
(2)实验操作
①调节气垫导轨水平：接通气源，仅将 A 放置于光电门 1 的
左侧，轻推 A，若遮光片通过光电门 1 的遮光时间大于通过光电
门 2 的遮光时间，则需要适当________(填“升高”或“降低”)
导轨左端，反复调节使气垫导轨水平；
②再将 A、B 如图甲放置，轻推 A，使A、B碰撞并粘在一起，
记录Δt1、Δt2 的值；
③重复步骤②，多次实验，记录多组Δt1、Δt2 数据.
考向 2 利用竖直挡板
【典题4】某同学利用如图所示的装置进行“验证动量守恒
定律”的实验，操作步骤如下：
①在水平桌面上的适当位置固定好弹簧发射器，使其出口处
切线与水平桌面相平；
②在一块长平木板表面先后钉上白纸和复写纸，将该木板竖
直并贴紧桌面右侧边缘.将小球 a 向左压缩弹簧并使其由静止释
放，a 球碰到木板，在白纸上留下压痕 P；
③将木板向右水平平移适当距离，再将小球 a 向左压缩弹簧
到某一固定位置并由静止释放，撞到木板上，在白纸上留下压痕
P2；
④将半径相同的小球 b 放在桌面的右边缘，仍让小球 a 从步
骤③中的释放点由静止释放，与 b 球相碰后，两球均撞在木板上，
在白纸上留下压痕 P1、P3.
(1)下列说法正确的是________(多选，填字母).
A.小球 a 的质量一定要大于小球 b 的质量
B.弹簧发射器的内接触面及桌面一定要光滑
C.步骤②③中入射小球 a 的释放点位置一定相同
D.把小球轻放在桌面右边缘，观察小球是否滚动来检测桌面
右边缘末端是否水平
(2)本实验必须测量的物理量有________(多选，填字母).
A.小球的半径 r
B.小球 a、b 的质量 m1、m2
C.弹簧的压缩量 x1，木板距离桌子边缘的距离 x2
D.小球在木板上的压痕 P1、P2、P3 分别与 P 之间的竖直距离
h1、h2、h3
(3)用(2)中所测的物理量来验证两球碰撞过程中动量是否守
恒，当满足关系式_____________________时，则证明 a，b 两球
碰撞过程中动量守恒.
(4)若两球发生的是弹性碰撞，则 h1、h2、h3 之间的关系式应
为______________________.
解析：(1)小球 a 的质量一定要大于小球 b 的质量，防止入射
球碰后反弹，A 正确；弹簧发射器的内接触面及桌面不一定要光
滑，只要 a 球到达桌边时速度相同即可，B 错误；步骤②③中入
射小球 a 的释放点位置不一定相同，但是步骤③④中入射小球 a
的释放点位置一定要相同，C 错误；把小球轻放在桌面右边缘，
观察小球是否滚动来检测桌面右边缘末端是否水平，D 正确.
答案：(1)AD
(2)BD
考向3 利用冲击摆
【典题5】(2024 年四川自贡模拟)如图甲所示的冲击摆装置，
主要用于研究物体的完全非弹性碰撞及测定钢球的速度等实验.其
原理是利用左端的弹簧枪发射钢球，将钢球水平打入静止摆块左
侧的小洞并停在里面，时间极短，摆块(内含钢球)向右摆动，推动
指针，指针摆过的最大角度即为摆块的最大摆角，弹簧枪水平发
射钢球的速度有三挡.利用这种装置可以测出钢球的发射速度.图乙
是其简化装置图.
甲
乙
丙
(1)实验开始前，需测量的物理量为________(填字母).
B.摆块的质量 M
A.子弹的质量 m
C.子弹的直径 d
(2)实验步骤如下：
①将冲击摆实验器放在桌上，调节底座上的调平螺丝，使底
座水平.
②调节支架上端的调节螺丝，改变悬线的长度，使摆块的孔
洞跟枪口正对，使从弹簧枪中弹出的钢球恰好能射入摆块内，摆
块能摆动平稳.并且使摆块右侧与刻度对齐.
③用刻度尺测量出摆长 l .
④让摆块静止在平衡位置，扣动弹簧枪扳机，钢球射入摆块
(未穿出)，摆块和钢球推动指针一起摆动，记下指针的最大摆角.
挡位 平均最大
摆角θ/度 钢球质量
m/kg 摆块质量
M/kg 摆长
l/m 钢球的速度
v/(m·s-1)
低速挡 15.7 0.00765 0.0789 0.270 5.03
中速挡 19.1 0.00765 0.0789 0.270 6.77
高速挡 0.00765 0.0789 0.270 7.15
⑤多次重复实验，计算出摆块最大摆角的平均值θ .
⑥更换弹簧枪的不同挡位，多次测量，并将结果填入表中.
现测得高速挡指针最大摆角如图丙所示，请将表中数据补充
完整：θ＝________.
(3)用上述测量的物理量表示发射钢球的速度 v＝__________.
(已知重力加速度为 g，用相关物理量的符号表示)
(4)某兴趣小组利用上表数据以及测量的弹簧的形变量Δx，作
出(1－cos θ) Δx2图像，如图丁所示，若已知弹簧的
系数 k＝________(用 m、M、l、g、c、d 表示)
丁
答案：(1)AB
(2)22.4°