1.4 实验：验证动量守恒定律（教学设计）-【新教材精创】2020-2021学年高中物理新教材同步备课（人教版选择性必修第一册)

第一章　动量守恒定律 第4节　实验：验证动量守恒定律 本节课程的内容主要是通过理论指导实验，让学生在实验中了解弹性碰撞和非弹性碰撞的特点。了解不同实验方案的基本思路、实验装置及注意事项，最重要的是要能够对所测量的实验数据进行科学分析，最终实现减小实验误差，并能够验证动量守恒的目的。 【物理观念】通过两种实验方案验证动量守恒； 【科学思维】按照实验思路设计不同试验方案，科学的在不同实验方案中对各物理量进行测量，对实验数据进行分析，最大程度的减小实验误差，达到验证动量守恒的目的；对于发展学生的运动与相互作用的观念和科学思维至关重要。 【科学探究】准确理解实验思路，从更好的执行两种实验方案，达到对实验进行探究或验证的目的，在实验中要注重各物理量之间的相互关系，加深对物体相互作用过程中系统动量守恒的理解； 【科学态度与责任】在物理实验中要有严谨的实验思路，学会从多个方面思考问题，用实验来验证物理规律，在物理实验中养成良好的团队合作精神。 【教学重点】用两种试验方案验证动量守恒的实验思路与注意事项； 【教学难点】两种实验方案中各物理量的测量及实验数据分析。 【引入新课】 动量守恒定律的适用条件是系统不受外力，或者所受外力的矢量和为0。我们生活中的物体受到各种力的作用，难以满足这种理想化的条件。但是，在某些情况下，可以近似满足动量守恒的条件。 二、【进行新课】 探究点一、研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒实验思路 动量守恒定律的适用条件是系统不受外力，或者所受外力的矢量和为0。我们生活中的物体受到各种力的作用，难以满足这种理想化的条件。但是，在某些情况下，可以近似满足动量守恒的条件。 本案例中，我们利用气垫导轨来减小摩擦力，利用光电计时器测量滑块碰撞前后的速度。实验装置如图所示。可以通过在滑块上添加已知质量的物块来改变碰撞物体的质量。 实验器材 气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个)、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等． 实验步骤： 1.选取两个质量不同的滑块，在两个滑块相互碰撞的端面装上弹性碰撞架（图1），滑块碰撞后随即分开。 2.在两个滑块的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥（图2），碰撞时撞针插入橡皮泥中，使两个滑块连成一体运动。如果在两个滑块的碰撞端分别贴上尼龙拉扣，碰撞时它们也会连成一体。 图1 滑块碰撞后分 图2 滑块碰撞后粘连 3.原来连在一起的两个物体，由于相互之间具有排 斥的力而分开，这也可视为一种碰撞。这种情况可以通过下面的方式实现。在两个滑块间放置轻质弹簧，挤压两个滑块使弹簧压缩，并用一根细线将两个滑块固定。烧断细线，弹簧弹开后落下，两个滑块由静止向相反方向运动（图3）。 图3 弹簧使静止滑块分开 物理量的测量 (1)滑块的质量用天平直接测量。 (2)速度的测量：v＝ ，式中的Δx为滑块上挡光板的宽度，Δt为光电计时器记录的滑块上的挡光板经过光电门的时间。 碰撞情境的实现 利用轻质弹簧、细线、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等设计各种类型的碰撞，通过在滑块上添加已知质量的物块来改变碰撞物体的质量。 (1)情境1：质量不同的两滑块，一静一动碰撞； (2)情境2：两滑块追碰、相向碰，碰撞后分开； (3)情境3：两滑块挤压弹簧后用细线连接，烧断细线后两滑块分开； (4)情境4：两滑块碰撞后，撞针插入橡皮泥中，使滑块连成一体。 数据记录与处理 (1)规定正方向，碰撞前后速度的方向与正方向相同为正，相反为负。 (2)通过计算碰撞前后的总动量，检验是否满足动量守恒定律。 探究点二、研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 本案例中，我们研究两个小球在斜槽末端发生碰撞的情况。 实验器材 斜槽、小球(两个)、天平、复写纸、白纸等． 测质量：用天平测出两个小球的质量，并选质量大的小球为入射小球。 实验装置： 将斜槽安装在水平桌面上，并调整斜槽使其末端水平，在地面上铺上白纸，上面再铺好复写纸，记下重垂线所指的位置O。 实验操作： 如图所示。将斜槽固定在铁架台上，使槽的末端水平。让一个质量较大的小球（入射小球）从斜槽上滚下跟放在斜槽末端的另一个大小相同、质量较小的小（被碰小球）发生正碰。 使入射小球从斜槽不同高度处滚下，测出两球的质量以及它们每次碰撞前后的速度，就可以验证动量守恒定律。 实验装置 小球的质量可以用天平来测量。怎样测量两球碰撞前后瞬间的速度呢？两个小球碰撞前后瞬间的速度方向都是水平的，因此，两球碰撞前后的速度，可以利用平抛运动的知识求出。 在这个实验中也可以不测量速度的具体数值。做平抛运动的小球落到地面，它们的下落高度相同，飞行时间也就相同。因此，小球碰撞后的速度之比就等于它们落地时飞行的水平距离之比。根据这一思路，也