1.4 实验：验证动量守恒定律-2022-2023学年高二物理上学期同步学案+教案（人教版2019选择性必修第一册）

1.4实验：验证动量守恒定律 基础导学 要点一、实验原理 质量为m1和m2的两个小球发生正碰，若碰前m1运动，m2静止，碰后根据动量守恒定律应有。因小球从斜槽上滚下后做平抛运动，由平抛运动知识可知，只要小球下落的高度相同，在落地前运动的时间就相同；若小球的水平速度用飞行时间做时间单位，在数值上就等于小球飞出的水平距离。所以只要测出小球的质量及两球碰撞后和入射球不发生碰撞飞出的水平距离，代入公式就可验证动量守恒定律。 要点二、实验方案设计 方案1：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 (1)质量的测量：用天平测量． (2)速度的测量：v＝，式中的Δx为滑块上挡光板的宽度，Δt为数字计时显示器显示的滑块上的挡光板经过光电门的时间． (3)碰撞情景的实现：如图1所示，利用弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥设计各种类型的碰撞，利用在滑块上加重物的方法改变碰撞物体的质量． 图1 (4) 器材：气垫导轨、数字计时器、滑块(带挡光板)两个、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥、天平． 注意事项 1．本实验碰撞前、后速度大小的测量采用极限法，v＝＝，其中d为挡光板的宽度． 2．注意速度的矢量性：规定一个正方向，碰撞前后滑块速度的方向跟正方向相同即为正值，跟正方向相反即为负值，比较m1v1＋m2v2与m1v1′＋m2v2′是否相等，应该把速度的正负号代入计算． 3．造成实验误差的主要原因是存在摩擦力．利用气垫导轨进行实验，调节时确保导轨水平． 方案2：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 如图2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同样大小的小球发生碰撞，之后两小球都做平抛运动． 图2 (1)质量的测量：用天平测量． (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．如果以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不放被碰小球，让入射小球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小球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验证m1s1与m1s1′＋m2s2′在误差允许范围内是否相等． (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． 要点三、实验步骤 1.先用天平测出小球质量m1、m2。 2.按图2那样安装好实验装置，将斜槽固定在桌边，使槽的末端切线水平，把被碰小球放在斜槽水平方向的末端，调节实验装置使两小球碰时处于同一水平高度，且碰撞瞬间，入射球和被碰球的球心连线与轨道末端的切线平行，以确保碰撞后的速度方向水平。 3.在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸。 4.在白纸上记下重锤线所指的位置O，它表示入射球m1碰前的位置。 5.先不放被碰小球，让入射小球从斜槽上同一高度处自由滚下，重复10次，用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面，圆心就是入射球碰撞前的落地点P。 6.把被碰小球放在斜槽前端边缘处，让入射小球从原来的高度滚下，使它们发生碰撞，重复10次，仿步骤5求出入射小球落点的平均位置M和被碰小球落点的平均位置N。 7.用刻度尺量出线段OM、OP、ON的长度。把两小球的质量和相应的速度数值代入m1OP=m1OM＋m2ON，看是否成立。 8.整理实验器材放回原处。 要点四、注意事项 (1)入射小球的质量m1大于被碰小球的质量m2(m1>m2)． (2)入射小球半径等于被碰小球半径． (3)入射小球每次必须从斜槽上同一高度处由静止滚下． (4)斜槽末端的切线方向水平． (5)为了减小误差，需要找到不放被碰小球及放被碰小球时小球落点的平均位置．为此，需要让入射小球从同一高度多次滚下，进行多次实验． 典例精析 题型一：验证动量守恒定律的实验目的、原理、器材 例一．在“探究碰撞中的不变量”实验中，通过碰撞后做平抛运动测量速度的方法来进行实验，实验装置如图甲所示，实验原理如图乙所示。 （1）实验室有如下A、B、C三个小球，则入射小球应该选取______进行实验（填字母代号）； A．       B．       C． （2）关于本实验，下列说法正确的是______（填字母代号）； A．斜槽必须足够光滑且安装时末端必须保持水平 B．小球每次都必须从斜槽上的同一位置静止释放 C．必须测量出斜槽末端到水平地面的高度 D．实验中需要用到秒表测量小球空中飞行的时间 （3）用刻度尺测量M、P、N距O点的距离依次为、、，通过验证等式______是