1.4 实验：验证动量守恒定律（word教参）-【优化探究】2021-2022学年新教材高中物理选择性必修1（人教版）

第4节　实验：验证动量守恒定律 授课提示：对应学生用书第14页 一、实验目的 1．掌握动量守恒的条件。 2．验证碰撞中的动量守恒。 二、实验思路 1．物理量的测量 确定研究对象，明确所需测量的物理量和实验器材，测量物体的质量和两个物体发生碰撞前后各自的速度。 2．数据分析 选定实验方案，设计实验数据记录表格，测出并记录物体的质量和发生碰撞前后各自的速度，计算碰撞前后的总动量，代入公式m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′进行验证。 3．实验方案 方案一：用气垫导轨完成两个滑块的一维碰撞 实验装置如图所示。 (1)质量的测量：用天平测量质量。 (2)速度的测量：利用公式v＝计算，式中Δx为挡光片的宽度，Δt为计时器显示的挡光片经过光电门所对应的时间。 (3)利用在滑块上增加已知质量的物块的方法改变碰撞物体的质量。 (4)实验方法 ①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(如图甲所示)。 ②在两个滑块相互碰撞的端面上装上弹性碰撞架(如图乙所示)，可以得到能量损失很小的碰撞。 ③在两个滑块的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥，碰撞时撞针插入橡皮泥中，把两个滑块连成一体运动(如图丙所示)，这样可以得到能量损失很大的碰撞。 (5)器材：气垫导轨、光电计时器、滑块(带挡光片)两个、弹簧、细线、弹性碰撞架、撞针、橡皮泥、天平。 方案二：利用斜槽实现两小球的一维碰撞 如图甲所示，让一个质量较大的小球从斜槽上滚下，与放在斜槽末端的另一大小相等、质量较小的球发生碰撞，之后两小球都做平抛运动。 (1)质量的测量：用天平测量质量。 (2)速度的测量：由于两小球下落的高度相同，所以它们的飞行时间相等。如果用小球的飞行时间作时间单位，那么小球飞出的水平距离在数值上就等于它的水平速度。因此，只需测出两小球的质量m1、m2和不放被碰小球时入射小球在空中飞出的水平距离s1，以及碰撞后入射小球与被碰小球在空中飞出的水平距离s1′和s2′。若在实验误差允许的范围内m1s1与m1s1′＋m2s2′相等，就验证了两个小球碰撞前后的不变量。 (3)让小球从斜槽的不同高度处开始滚动，进行多次实验。 (4)器材：斜槽、两个大小相等而质量不等的小球、铅垂线、白纸、复写纸、刻度尺、天平、圆规。 三、实验步骤 不论采用哪种方案，实验过程均可按实验方案合理安排，参考步骤如下： 1．用天平测量相关碰撞物体的质量m1、m2，填入预先设计好的表格中。 2．安装实验装置。 3．使物体发生碰撞。 4．测量或读出碰撞前后相关的物理量，计算对应的速度，填入预先设计好的表格中。 5．改变碰撞条件，重复步骤3、4。 6．分别计算出两物体碰撞前后的总动量，看它们在误差允许范围内是否相等。 7．整理器材，结束实验。 四、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 质量 m1 m2 m1 m2 速度 v1 v2 v1′ v2′ 动量 m1v1＋m2v2 m1v1′＋m2v2′ 1.方法：将表格中的m1、m2、v1、v2、v1′和v2′等数据代入m1v1＋m2v2和m1v1′＋m2v2′进行验证。 2．结论：在实验误差允许的范围内，碰撞前、后总动量的关系满足m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′。 五、误差分析 1．系统误差 (1)碰撞是否为一维碰撞，是产生误差的一个原因，设计实验方案时应保证碰撞为一维碰撞。 (2)碰撞中是否受其他力(例如摩擦力)的影响是带来误差的又一个原因，实验中要合理控制实验条件，避免除碰撞时相互作用力外的其他力影响物体速度。 2．偶然误差 测量和读数的准确性带来的误差，实验中应规范测量和读数，同时增加测量次数，取平均值，尽量减少偶然误差的影响。 六、注意事项 1．保证两物体发生的是一维碰撞，即两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿同一直线运动。 2．若利用气垫导轨进行实验，调整气垫导轨时注意应利用水平仪确保导轨水平。 3．利用平抛运动进行实验，斜槽末端必须水平，且小球每次从斜槽上同一位置由静止滚下；入射小球质量要大于被碰小球质量。 授课提示：对应学生用书第15页 题型一　实验原理与操作 　如图所示，用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。 (1)实验中，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的。但是，可以通过仅测量________(填选项前的符号)，间接地解决这个问题。 A．小球开始释放的高度h B．小球抛出点距地面的高度H C．小球做平抛运动的射程 (2)图中O点是小球抛出点在