1.3 科学验证：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第一册（鲁科版）

第3节　科学验证：动量守恒定律 授课提示：对应学生用书第9页 一、实验目的 1．验证动量守恒定律。 2．体会将不易测量的物理量转换为易测量的物理量的实验设计思想。 二、实验器材 斜槽轨道、半径相等的钢球和玻璃球、白纸、复写纸、小铅锤、天平(附砝码)、毫米刻度尺、圆规。 三、实验原理与设计 质量分别为m1和m2的两小球A、B发生正碰，若碰撞前球A的速度为v1，球B静止，碰撞后的速度分别为v1′和v2′，根据动量守恒定律，应有：m1v1＝m1v1′＋m2v2′。可采用“探究平抛运动的特点”实验中测量平抛初速度的方法，设计实验装置如图所示。让球A从同一位置C由静止释放，测出不发生碰撞时球A飞出的水平距离lOP，再测出球A、B碰撞后分别飞出的水平距离lOM、lON，如图所示。由v＝，即m1lOP＝m1lOM＋m2lON。只要验证m1lOP＝m1lOM＋m2lON，即可验证动量守恒定律。＋m2＝m1，可得m1、v2′＝、v1′＝可知v1＝ 授课提示：对应学生用书第10页 一、实验步骤 1．用天平测出两个小球的质量。 2．将斜槽固定在桌边并使其末端水平。在地板上铺白纸和复写纸，通过小铅锤将斜槽末端在纸上的投影记为点O。 3．首先让球A从斜槽点C由静止释放，落在复写纸上，如此重复多次。 4．再将球B放在槽口末端，让球A仍然从点C由静止释放，撞击球B，两球落到复写纸上，如此重复多次。 5．取下白纸，用圆规找出落点的平均位置点P、点M和点N，用刻度尺测出lOP、lOM和lON。 6．改变点C位置，重复上述实验步骤。 二、数据分析 将测量的数据记入表格中，并分析m1lOP与m1lOM＋m2lON是否相等否相等，形成结论。 三、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。 四、注意事项 1．保证两球发生的是一维碰撞，即两球碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿这一直线运动。 2．利用平抛运动进行实验，斜槽末端必须水平，且小球每次应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10页 类型一　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点是小球抛出点在地面上的垂直投影，实验时先让球A多次从倾斜轨道上S位置由静止释放，找到其平均落地点的位置P，测量平抛射程lOP，然后，把小球B静置于轨道水平部分的末端，再将小球A从斜轨上S位置由静止释放，与小球B相碰，并重复多次。接下来要完成的必要步骤是__________。(填选项前的符号) A．用天平测量两个小球的质量m1、m2 B．测量小球A开始释放的高度h C．测量抛出点距地面的高度H D．分别找到小球A、B相碰后平均落地点的位置M、N E．测量平抛射程lOM、lON (3)若两球碰撞前后的动量守恒，其表达式为____________________[用(2)中测量的量表示]。 [解析]　(1)小球碰前和碰后的速度都可用平抛运动来测定，即v＝gt2知，每次下落竖直高度相等，平抛时间相等，所以只需测小球做平抛运动的射程，故选C。，而由H＝ (2)由实验原理知，在lOP已知时，需测量m1、m2、lOM和lON，故必要步骤是A、D、E。 (3)若碰撞前后动量守恒，则 m1，＋m2＝m1 即m1·lOP＝m1·lOM＋m2·lON。 [答案]　(1)C　(2)ADE　(3)m1·lOM＋m2·lON＝m1·lOP 类型二　实验数据的处理与分析 　某同学利用气垫导轨做“验证动量守恒定律”的实验，气垫导轨装置如图所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架、光电门等组成。 (1)下面是实验的主要步骤： ①安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平； ②向气垫导轨通入压缩空气； ③接通光电计时器； ④把滑块2静止地放在气垫导轨的中间位置； ⑤滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳； ⑥释放滑块1，滑块1通过光电门1后与左侧固定弹簧(未画出)的滑块2碰撞，碰后滑块2和滑块1依次通过光电门2，两滑块通过光电门2后依次被制动； ⑦读出滑块通过两个光电门的挡光时间分别为：滑块