第1章 3 科学验证 动量守恒定律-（教师WORD）2021-2022学年高中物理【精讲精练】鲁科版选择性必修 第一册 新课标辅导

3　科学验证：动量守恒定律 　　　[学业要求与核心素养] 1．会设计验证动量守恒定律的实验方案。 2．学会测量物体的质量和速度，验证在不受外力作用下系统动量守恒。 一、实验原理 1．一维碰撞 两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿这条直线运动。这种碰撞叫做一维碰撞。 2．动量守恒定律：系统不受外力或所受外力的合力为零时，系统的总动量保持不变。本实验只验证一维情况下系统的动量是否守恒。 二、实验方案 方案1　利用斜槽上滚下的小球结合平抛运动进行的实验探究 如图1-3-1甲所示，让一个质量较大的小球从斜槽上滚下来，与放在斜槽水平末端的另一质量较小的小球发生碰撞，之后两小球都做平抛运动。 图1-3-1 (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为单位时间，那么小球飞出的水平距离在数值上就等于它的水平速度。只要测出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′，就可以表示出碰撞前后小球的速度。 (3)碰撞情景的实现 ①不放被碰球，让入射球m1从斜槽上某一位置由静止滚下，记录平抛的水平位移s1。 ②在斜槽水平末端放上被碰球m2，让m1从斜槽同一位置由静止滚下，记下两小球离开斜槽做平抛运动的水平位移s1′、s2′。 ③探究m1s1与m1s1′＋m2s2′在误差范围内是否相等。 (4)器材：斜槽、两个大小相等而质量不等的小球、重垂线、白纸、复写纸、刻度尺、天平、圆规。 方案2　利用气垫导轨结合光电门进行实验探究 实验装置如图1-3-2所示。 图1-3-2 (1)质量的测量：用天平测量质量。 (2)速度的测量：利用公式v＝，式中Δx为滑块挡光片的宽度，Δt为数字计时器显示的滑块挡光片经过光电门对应的时间。 (3)利用在滑块上增加重物的方法改变碰撞物体的质量。 图1-3-3 (4)实验方法 ①用细线将弹簧片压缩，放置于两个滑块之间，并使它们静止，然后烧断细线，弹簧片弹开后落下，两个滑块随即向相反方向运动(图1-3-3甲)。 ②在两滑块相碰的端面装上弹性碰撞架(图乙)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(图丙)，这样可以得到能量损失很大的碰撞。 三、进行实验 　不论哪种方案，实验过程均可按实验方案合理安排，参考步骤如下： 1．用天平测出相关质量。 2．安装实验装置。 3．使物体发生一维碰撞，测量或读出相关物理量，计算相关速度。 4．改变碰撞条件，重复实验。 5．通过数据分析处理，找出碰撞中的不变量。 6．整理器材，结束实验。 四、数据分析 1．由实验记录的数据，计算碰撞前系统的总动量p＝m1v1＋m2v2和碰撞后系统的总动量p′＝m1v1′＋m2v2′。 2．比较p与p′在实验误差允许的范围内是否相等。 五、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实验，调整气垫导轨时，注意利用水平仪确保导轨水平。 (2)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。 知识点一　实验操作与数据处理 命题角度1　利用气垫导轨结合光电门进行验证 　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1-3-4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。 图1-3-4 (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静止放在气垫导轨的中间； 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1通过光电门1的挡光时间Δt1＝10.01 ms，通过光电门2的挡光时间Δt2＝49.99 ms，滑块2通过光电门2的挡光时间Δt3＝8.35 ms； ⑧测出挡光片的宽度d＝5 mm，测得滑块1的质量为m1＝300 g，滑块2(包括弹簧)的质量为m2＝200 g。 (2)数据处理与实验结论： ①实验中气垫导轨的作用是： A．________________________________________________________________________； B．________________________________________________________________________。 ②碰撞前滑块1的速