《创新课堂》第一章 动量守恒定律 4.实验验证动量守恒定律 课件 高中物理选择性必修第一册（人教版）

(共61张PPT)
4.实验：验证动量守恒定律
01
实验基础落实
目 录
02
实验技能培养
03
课时作业
01
PART
实验基础落实
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。
m1v1＋m2v2　
m1v1'＋m2v2'　
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。
气垫导轨　
天平　
挡光片　
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。
水平　
质量m1　
m2　
反复碰撞　
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。
斜槽轨道　
相等　
不同　
刻度尺　
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
。
大　
水
平　
（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。
入射小球落点　
被撞小球落点　
（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。
不放　
小球落点　
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。
水平距离　
m1·OP＝m1·OM＋
m2·ON　
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。
02
PART
实验技能培养
类型一｜教材原型实验
【例1】　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
。
水
平　
解析： 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。
（2）用天平测得滑块a、b的质量分别为ma、mb。
解析：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＝。
（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。
解析：由以上分析的结果＝可知，本实验不需要测量遮光片
的宽度。
不需要　
【例2】　 （2025·吉林长春期末）用半径相同的小球A和小球B的碰撞验
证动量守恒定律，实验装置如图所示，斜槽与水平槽圆滑连接。安装好实
验装置，在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸，记下重垂线所指的位置
O。在做“验证动量守恒定律”的实验时
（1）实验必须满足的条件是 （填选项前字母）。
A. 斜槽轨道必须是光滑的
B. 斜槽轨道末端的切线是水平的
C. 入射球每次都要从同一高度由静止释放
D. 实验过程中，白纸可以移动，复写纸不能移动
BC　
解析： 斜槽的粗糙与光滑不影响实验的效果，只要到达底端时速度相同即行，A错误；斜槽轨道末端必须水平，保证小球碰撞前速度水平，B正确；小球每次从斜槽上相同的位置自由滚下，使得小球与另一小球碰撞前的速度不变，C正确；实验过程中，白纸不可以移动，D错误。
（2）实验中要完成的必要步骤是 （填选项前的字母）。
A. 用天平测量两个小球的质量m1、m2
B. 测量抛出点距地面的高度H
C. 用秒表测出小球做平抛运动的时间t
D. 分别确定小球A碰撞前后落地点的位置
和小球B碰后的落地点的位置P、M、N，
并用刻度尺测出水平射程OP、OM、ON
AD　
解析： 本实验除需测量线段OM、OP、ON的长度外，还需要测量的物理量是两小球的质量，A正确；因为可以通过水平位移代表速度的大小，所以不必测量抛出点离地面的高度，B错误；因为平抛运动的时间相等，则水平位移可以代表速度，故无需测量小球做平抛运动的时间，C错误；OP是A球不与B球碰撞平抛运动的位移，该位移可以代表A球碰撞前的速度，OM是A球碰撞后平抛运动的位移，该位移可以代表碰撞后A球的速度，ON是碰撞后B球的水平位移，该位移可以代表碰撞后B球的速度，D正确。
（3）入射小球质量为m1，被碰小球质量为m2，两小球的质量应满足
m1 （选填“大于”“小于”或“等于”）m2。
解析： 为了防止入射球反弹，应使入射球的质量大于被碰球的质量。
大于　
（4）若所测物理量满足 表达式，则可判定两
个小球相碰前后动量守恒。
解析：因为平抛运动的时间相等，则水平位移可以代表速度，OP是A球不与B球碰撞平抛运动的位移，该位移可以代表A球碰撞前的速度，OM是A球碰撞后平抛运动的位移，该位移可以代表碰撞后A球的速度，ON是碰撞后B球的水平位移，该位移可以代表碰撞后B球的速度，当所测物理量满
足表达式m1·OP＝m1·OM＋m2·ON时，说明两球碰撞遵守动量守恒定律。
m1·OP＝m1·OM＋m2·ON　
类型二｜拓展与创新实验
【例3】　（2025·河南信阳月考）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。
解析： 为保证碰撞过程不反弹，则甲的质量应大于乙的质量。
（2）物块甲每次的释放位置应 （选填“相同”或“不同”）。
解析： 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。
大于　
相同　
（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。
解析： 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。
m1＝m1＋m2　
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。
某同学为了验证碰撞过程中的动量守恒定律，设计了如下实验：用纸板搭
建如图所示的滑道，使硬币可以平滑地从斜面滑到水平面上，其中OA为水
平段。选择相同材质的一元硬币和一角硬币进行实验。
测量硬币的质量，得到一元和一角硬币的质量分别为m1和m2（m1＞m2）。
将硬币甲放置在斜面某一位置，标记此位置为B。由静止释放甲，当甲停
在水平面上某处时，测量甲从O点到停止处的滑行距离OP。将硬币乙放置
在O处，左侧与O点重合，将甲放置于B点由静止释放。当两枚硬币发生碰
撞后，分别测量甲、乙从O点到停止处的滑行距离OM和ON。保持释放位
置不变，重复实验若干次，得到OP、OM、ON的平均值分别为s0、s1、s2。
（1）在本实验中，甲选用的是 （填“一元”或“一角”）硬
币；
解析： 根据题意可知，甲与乙碰撞后没有反弹，可知甲的质量大于
乙的质量，甲选用的是一元硬币。
一元　
（2）碰撞前，甲到O点时速度的大小可表示为 （设硬币与纸
板间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g）；
解析： 甲从O点到P点，根据动能定理有－μm1gs0＝0－m1
解得碰撞前，甲到O点时速度的大小v0＝。
　
（3）若甲、乙碰撞过程中动量守恒，则＝ 　　（用m1和m2表
示），然后通过测得的具体数据验证硬币对心碰撞过程中动量是否守恒；
解析： 同理可得，碰撞后甲的速度和乙的速度分别为v1＝，v2
＝
若动量守恒，则满足m1v0＝m1v1＋m2v2
整理可得＝。
　
（4）由于存在某种系统或偶然误差，计算得到碰撞前后甲动量变化量大
小与乙动量变化量大小的比值不是1，写出一条产生这种误差可能的原
因 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案：见解析
解析： 由于存在某种系统或偶然误差，计算得到碰撞前后甲动量变
化量大小与乙动量变化量大小的比值不是1，写出一条产生这种误差可能
的原因有：
①测量误差，因为无论是再精良的仪器总是会有误差的，不可能做到绝对
准确；
②碰撞过程中，我们认为内力远大于外力，动量守恒，实际上碰撞过程
中，两个硬币组成的系统合外力不为零。
03
PART
课时作业
　　
1. （2025·广东广州月考）某实验小组采用如图所示的实验装置做“验证
动量守恒定律”实验。在水平桌面上放置气垫导轨，导轨上安装光电计时
器1和光电计时器2，带有遮光片的滑块A、B的质量分别为mA、mB，两遮
光片沿运动方向的宽度均为d，实验过程如下：①调节气垫导轨成水平状
态；②轻推滑块A，测得滑块A通过光电计时器1的遮光时间为t1；③滑块A
与滑块B相碰后，滑块B和滑块A先后经过光电计时器2的遮光时间分别为t2
和t3。
1
2
3
4
5
（1）实验中为确保两滑块碰撞后滑块A不反向运动，则mA、mB应满足的
关系为mA （选填“大于”“等于”或“小于”）mB。
解析： 滑块A和滑块B发生碰撞，用质量大的滑块A碰撞质量小的滑
块B，则不会发生反弹，所以mA＞mB。
大于　
1
2
3
4
5
（2）碰前滑块A的速度大小为 。
解析： 滑块经过光电计时器时做匀速运动，则碰前滑块A的速度大小
为vA＝。
（3）利用题中所给物理量的符号表示动量守恒定律成立的式子为
。
解析： 碰后滑块A的速度vA'＝，碰后滑块B的速度vB'＝，由动量
守恒定律得mAvA＝mAvA'＋mBvB'，化简可得＝＋。
　
＝
＋
1
2
3
4
5
2. （2025·湖南长沙期末）某中学实验小组做“验证动量守恒定律”的实
验装置示意图如图所示。主要步骤为：
1
2
3
4
5
①将斜槽固定在水平桌面上，使槽的末端水平；
②让质量为m1的入射球多次从斜槽上S位置静止释放，记录其平均落地点
位置；
③把质量为m2的被碰球静置于槽的末端，再将入射球从斜槽上S位置静止
释放，与被碰球相碰，并多次重复，记录两小球的平均落地点位置；
④记录小球抛出点在地面上的垂直投影点O，测出碰撞前后两小球的平
均落地点的位置，M、P、N与O的距离分别为x1、x2、x3，如图乙，分
析数据：
1
2
3
4
5
（1）若入射小球半径为r1，被碰小球半径为r2，则要求 （填选项前
的字母）。
A. m1＞m2，r1＞r2 B. m1＜m2，r1＜r2
C. m1＞m2，r1＝r2 D. m1＜m2，r1＝r2
解析： 为了避免碰撞后小球被撞回，所以要求入射球的质量大于被
碰球的质量，两球正碰，半径相同，即m1＞m2，r1＝r2。故选C。
C　
1
2
3
4
5
（2）关于该实验，下列说法正确的有 （填选项前的字母）。
A. 入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放
B. 铅垂线的作用是检验斜槽末端是否水平
C. 斜槽轨道必须光滑
D. 实验中必须测量出小球抛出点的离地高度H
A　
1
2
3
4
5
解析： 只要保证每一次小球从同一位置静止释放，使得小球获得相
同的初速度即可，故A正确；铅垂线的作用是用来确定O点位置的，不是用
来检验斜槽是否水平，故B错误；斜槽轨道可以不用光滑，故C错误；小球
从斜槽末端飞出后，做平抛运动，由于高度相同，所以在空中运动时间相
同，即可用水平位移表示速度，所以不需要测量小球抛出点的离地高度
H，故D错误。
1
2
3
4
5
（3）若两球碰撞时的动量守恒，应满足的关系式为
。（均用题中所给物理量的符号表示）
解析： 设小球在空中运动的时间为t，若满足动量守恒定律有m1·＝
m1·＋m2·
整理得m1x2＝m1x1＋m2x3。
m1x2＝m1x1＋
m2x3　
1
2
3
4
5
3. （2025·辽宁沈阳期中）如图甲所示，让两个小球在斜槽末端碰撞来验证动量守恒定律。
（1）关于本实验，下列做法正确的是 （填
选项前的字母）。
A. 实验前，调节装置，使斜槽末端水平
B. 选用两个半径不同的小球进行实验
C. 用质量大的小球碰撞质量小的小球
AC　
1
2
3
4
5
解析： 为了确保小球飞出斜槽末端的初速度方向水平，实验前，调
节装置，使斜槽末端水平，故A正确；为了使小球发生对心正碰，实验中
应选用两个半径相同的小球进行实验，故B错误；实验中为了避免碰撞过
程发生反弹，应用质量大的小球碰撞质量小的小球，故C正确。
1
2
3
4
5
（2）图甲中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影，首先，将质量为m1的
小球从斜槽上的S位置由静止释放，小球落到复写纸上，重复多次。然
后，把质量为m2的被碰小球置于斜槽末端，再将质量为m1的小球从S位置
由静止释放，两球相碰，重复多次。分别确定平均落点，乙图中找到平均
落点后从左到右依次记为M、P和N（P为质量为m1的小球单独滑落时的平
均落点，M为质量为m1的小球与另一个质量为m2的小球的碰后落点）。
a.图乙为实验的落点记录，简要说明如何确定某一个小球的平均落点
；
应
画出尽可能小的圆把所有落点圈住，这个圆的圆心位置代表平均落点
1
2
3
4
5
b.分别测出O点到平均落点的距离，记为OP、OM和ON。在误差允许
范围内，若关系式 成立，即可验证碰撞
前后动量守恒。
解析： 实验中，确定某一个小球的平均落点，应画出尽可能小的圆
把所有落点圈住，这个圆的圆心位置代表平均落点。P点为入射小球单独
滚下的落地点，M、N分别为入射小球和被碰小球碰撞后的落地点，根据
平抛运动规律有h＝gt2，OP＝v0t，OM＝v1t，ON＝v2t
碰撞过程动量守恒，则有m1v0＝m1v1＋m2v2，解得m1·OP＝m1·OM＋
m2·ON。
m1·OP＝m1·OM＋m2·ON　
1
2
3
4
5
（3）受上述实验的启发，某同学设计了另一种验证
动量守恒定律的实验方案。如图丙所示，用两根不
可伸长的等长轻绳将两个半径相同、质量不等的匀
质小球悬挂于等高的O点和O'点，两点间距等于小
球的直径。将质量较小的小球1向左拉起至A点由静止释放，在最低点B与静止于C点的小球2发生正碰。碰后小球1向左反弹至最高点A'，小球2向右摆动至最高点D。测得小球1、2的质量分别为m和M，弦长AB＝l1、A'B＝l2、CD＝l3。
推导说明，m、M、l1、l2、l3满足 关系即可验证碰撞
前后动量守恒。
ml1＝－ml2＋Ml3　
1
2
3
4
5
解析： 令三条弦AB、A'B、CD对应的圆心角分别为θ1、θ2、θ3，小球
做圆周运动的半径为R，则有l1＝2Rsin ，l2＝2Rsin ，l3＝2Rsin ，对
小球1进行分析，根据动能定理有mg（R－Rcos θ1）＝m，－mg（R－
Rcos θ2）＝0－m，对小球2进行分析，根据动能定理有－Mg（R－
Rcos θ3）＝0－M，小球1碰撞后发生了反弹，根据动量守恒定律有mv3
＝m（－v4）＋Mv5
由三角函数知识解得ml1＝－ml2＋Ml3。
1
2
3
4
5
4. （2025·吉林通化月考）验证动量守恒定律的实验可以在如图所示的气
垫导轨上完成，其中左、右两侧的光电门可以记录遮光片通过光电门的挡
光时间。实验前，测得滑块A（连同其上的遮光片）的总质量为m1、滑块B
（连同其上的遮光片）的总质量为m2，两滑块上遮光片的宽度相同。实验
时，开启气垫导轨气源的电源，轻轻拨动两滑块，两滑块在导轨上自由运
动时近似为匀速运动，再让滑块A从导轨的左侧向右运动，穿过光电门与
静止在两光电门之间的滑块B发生碰撞。
1
2
3
4
5
（1）关于实验，下列说法正确的是 （填选项前的字母）。
A. 本实验可以不用通过垫高导轨的方式平衡滑块和轨道间的摩擦阻力
B. 两滑块的质量应满足m1＞m2
C. 需要用刻度尺测量两光电门之间的距离
D. 需要用秒表测量滑块上的遮光片经过光电门的时间
A　
1
2
3
4
5
解析： 本实验采用气垫导轨使两滑块发生碰撞，此时两滑块所受摩
擦力可以忽略，所以本实验不需要通过垫高导轨的方式平衡滑块和轨道间
的摩擦阻力，故A正确；本实验通过光电门测量两滑块的速度，根据题干
实验步骤，需要滑块A碰撞滑块B后被弹回，所以两滑块的质量应满足m1＜
m2，故B错误；光电门可以测量滑块经过光电门的时间，用刻度尺测量遮
光片的长度，可求出小车通过光电门时的速度，所以不需要再测量两光电
门之间的距离，故C错误；光电门本身可以测量时间，所以不需要再用秒
表测量滑块上的遮光片经过光电门的时间，故D错误。
1
2
3
4
5
（2）在某次实验中，光电门记录的遮光片挡光时间如表所示。
左侧光电门 右侧光电门
碰前 T1 无
碰后 T2 T3
在实验误差允许范围内，若满足关系式 ，即验证了碰撞
前后两滑块组成的系统动量守恒（用测量的物理量表示）。
＝－＋　
1
2
3
4
5
解析： 设遮光片的刻度为d，碰撞前滑块A通过光电门的速度大小v1
＝
碰撞后滑块A通过光电门的速度大小v2＝
碰撞后滑块B通过光电门的速度大小v3＝
取水平向右为正方向，根据动量守恒定律，有m1v1＝－m1v2＋m2v3，化简
得＝－＋。
1
2
3
4
5
5. （2025·河南周口月考）某实验小组的同学利用如图1所示的装置来验证
动量守恒定律。
1
2
3
4
5
①调节气垫导轨，轻推滑块Q使其能在气垫导轨上做匀速直线运动；
②将弧形轨道与气垫导轨平滑连接；
③气垫导轨上不放滑块Q，将固定有遮光条的滑块P在弧形轨道上由静止释
放，测得遮光条的遮光时间为t1；
④在气垫导轨左侧放置滑块Q，滑块P在弧形轨道上由同一位置静止释放，
滑块P与滑块Q发生碰撞并粘在一起，测得遮光条的遮光时间为t2；
⑤测得滑块P（含遮光条）、Q的质量分别为m、M，用游标卡尺测得遮光
条的宽度L如图2所示。
1
2
3
4
5
请回答下列问题：
（1）遮光条的宽度L＝ mm。
解析： 遮光条的宽度L＝1 mm＋5×0.05 mm＝1.25 mm。
1.25　
1
2
3
4
5
（2）若碰撞过程中关系式＝ 　　成立（用题中已知量表示），则
系统的动量守恒。
解析： 滑块P在弧形轨道上由静止释放，运动到气垫导轨上的速度v1
＝
滑块P与滑块Q发生碰撞并粘在一起的速度v2＝
由动量守恒定律得mv1＝（m＋M）v2，
联立解得＝
若碰撞过程中关系式＝成立，则系统动量守恒。
　
1
2
3
4
5
（3）若第二次释放P的位置偏低，则的值 （选填“偏大”“偏
小”或“不变”）。
解析： 若第二次释放P的位置偏低，则滑块P运动到气垫导轨上的速
度偏小，二者发生碰撞并粘在一起的速度偏小，故t2偏大，t1仍为第一次释
放滑块P经过光电门的时间，故比值偏小。
偏小　
1
2
3
4
5
THANKS
演示完毕 感谢观看