第1章 第3节 科学验证：动量守恒定律（教师用书）-2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第一册【金版新学案】同步导学（鲁科版2019）

第3节　科学验证：动量守恒定律 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，设计实验装置如图甲所示。让球A从同一位置C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，如图乙所示。只要验证m1lOP＝m1lOM＋m2lON，即可验证动量守恒定律。 四、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，用毫米刻度尺测出lOP、lOM和lON。 6．改变点C位置，重复上述实验步骤。 五、注意事项 1．斜槽末端要保持水平。 2．每次均要从同一位置由静止释放入射小球。 3．入射球的质量要大于被碰球的质量。 4．根据球的落点区域用圆规找到圆心。 类型一　实验原理　操作过程和需注意的问题 如图所示，斜槽末端水平，小球m1从斜槽某一高度由静止滚下，落到水平面上的P点。另在槽口末端放一与m1半径相同的球m2，仍让球m1从斜槽同一高度滚下，并与球m2正碰后使两球落地，球m1和m2的落地点分别是M、N。已知槽口末端在白纸上的投影位置为O点。则： (1)两小球质量的关系应满足________。 A．m1＝m2　　 B．m1>m2　　 C．m1<m2 (2)实验必须满足的条件(　　) A．轨道末端的切线必须是水平的 B．斜槽轨道必须光滑 C．入射球m1每次必须从同一高度滚下 D．入射球m1和被碰球m2的球心在碰撞瞬间必须在同一高度 (3)实验中必须测量的量是________。 A．两小球的质量m1和m2 B．两小球的半径r1和r2 C．桌面离地的高度H D．小球起始高度 E．从两球相碰到两球落地的时间 F．小球m1单独滚下的水平距离 G．两小球m1和m2相碰后飞出的水平距离 解析：　(1)为防止反弹造成入射球返回斜槽，要求入射球质量大于被碰球质量，即m1>m2，故选B。 (2)为保证两球从同一高度做平抛运动，实验中要求斜槽轨道末端的切线要调成水平。为保证实验有较好的可重复性以减小误差，实验中要求入射球每次从同一高度滚下。本实验是探究碰撞前后物理量的变化情况，故不需要斜槽轨道必须光滑，故选A、C、D。 (3)本实验必须测量的是两小球质量m1和m2，入射球m1单独滚下的水平距离和两小球m1和m2相碰后各自飞出的水平距离。因小球脱离轨道后做的是相同高度的平抛运动，因此两球碰后落地时间相等，两小球水平分运动的时间也相等，故可以利用水平距离的测量代替速度的测量，所以不需要测量桌面离地的高度及两小球碰后落地的时间。故选A、F、G。 答案：　(1)B　(2)ACD　(3)AFG 针对练　用如图所示的实验装置验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。 (1)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1多次从斜轨上A点由静止释放，找到平均落地点的位置，应该是________点(选填“M”“P”或者“N”)(称为操作一)。然后，把球2静置于轨道的水平部分边缘位置B点，再将球1从斜轨上A点由静止释放，使它们碰撞，重复多次，并找到碰撞后球1和球2落点的平均位置，分别是________点(选填“M”“P”或者“N”)和________点(选填“M”“P”或者“N”)(称为操作二)。 (2)若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示________[用(1)中测量的量表示]。 (3)在调节实验装置时，使固定在桌边的斜轨末端的切线水平是为了________。 (4)如果在进行操作二时，球1从斜轨上开始滚下的位置比操作一时低一些，实验将会得到怎样的结果？说明道理。 ________________________________________________________________________ _________________________________________________________