(教用word)第1章 第3节 科学验证：动量守恒定律-【提分教练】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第一册(鲁科版2019)

第3节　科学验证：动量守恒定律 学业要求＋核心素养 1．通过情境分析明确实验原理，知道所需要的实验器材，初步熟悉实验过程。(科学探究) 2．初步掌握实验数据的采集和处理方法。(科学探究) 【思考交流】 1．入射小球在斜槽上释放之后，离开斜槽时做何种运动？ 提示：做平抛运动。 2．两个物体相碰时有什么特点？物体的运动状态变化明显吗？ 提示：碰撞时相互作用的时间很短，作用力很大，每个物体的运动状态变化非常明显。 3．当物体做平抛运动时具有什么特点？ 提示：物体只受重力作用，在水平方向做匀速直线运动，在竖直方向做自由落体运动。 【预习探究】 怎样验证碰撞物体之间可能存在的定量关系呢？ 提示：分别确定系统发生碰撞前后的动量，确定是否守恒。 【实验提醒】 1．入射小球和被碰小球的质量要用天平进行测量。 2．斜槽的末端必须要水平。 3．如何保证入射小球离开斜槽末端时具有相同的速度？ 提示：每次在斜槽上的同一位置由静止释放小球。 【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。 【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。 【实验原理】 1．当金属球和玻璃球发生碰撞时，碰撞时间很短，内力很大，此过程可以认为两个小球组成的系统动量守恒。 2．若碰撞前后在同一条直线上时，应该有m1v1＋m2v2＝m1v′1＋m2v′2。 3．碰撞后两小球做平抛运动，所以两个小球的飞行时间相同，因此可以用小球飞行的水平距离表示速度。 【实验步骤】 1．用天平分别测出A、B两个小球的质量m1和m2。 2．将斜槽固定在桌边并使其末端探出桌边且水平，在地面上铺白纸和复写纸(复写纸在上)，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(钢球)从斜槽上的固定标记点C由静止释放，落在复写纸上，如此重复10次。 4．再将球B(玻璃球)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10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的位置，重复上述实验步骤。 7．整理好实验器材。 【数据处理】 将测量的相应数据填入表格中进行分析。分别计算出m1lOP、m1lOM和m2lON，判断在误差允许的范围内m1lOP＝m1lOM＋m2lON是否成立。 【实验结论】 在实验误差允许的范围内，碰撞系统的动量守恒。 【误差分析】 1．实验中很难做到两球准确地正碰，使两球碰撞前后不在同一条直线上，出现误差。 2．斜槽末端不水平时，会对实验产生怎样的影响？ 提示：此时小球离开斜槽末端时不能做平抛运动，而做斜上抛或斜下抛运动，这样小球的落地时间不严格相等，两球的速度方向也不相同，故产生误差。 3．O、P、M、N各点的定位不准确，测量出现误差。 【注意事项】 1．斜槽末端的切线必须保持水平。 2．每次释放入射小球时要从同一位置处由静止释放。 3．要保证两球做对心碰撞，必须使两小球的球心处在同一水平线上。 4．小球的诸多落点要用圆规画一个尽可能小的圆，把所有的小球落点都圈在里面，该圆的圆心即为小球的平均落点。 5．入射小球的质量m1与被撞小球的质量m2的大小关系是m1>m2。 1．在做“验证动量守恒定律”的实验时，必须要进行测量的物理量是(　　) A．入射小球和被碰小球的质量 B．入射小球从静止释放时的起始高度 C．斜槽轨道末端到地面的高度 D．小球从离开斜槽轨道末端到落地经历的时间 A　解析：实验时需要测出入射小球和被撞小球的质量和小球做平抛运动的水平位移，小球离开轨道之后做平抛运动，所用时间相等，用飞行时间做时间单位，小球的速度可用做平抛运动的水平位移表示，所以不用测小球的初始高度和轨道末端的高度，也不需要测小球的飞行时间，选项A正确，选项B、C、D错误。 2．(多选)在做“验证动量守恒定律”的实验中，设入射小球和被撞小球的质量分别为m1、m2，半径分别为r1和r2，为减小实验误差，下列说法正确的是(　　) A．m1<m2，r1<r2 B．m1＝m2，r1＝r2 C．m1>m2，r1＝r2 D．入射小球的释放点适当高一些 CD　解析：为保证两个小球发生正碰，应当使 r1＝r2，入射小球发生碰撞后运动方向不改变的条件应是m1>m2，若m1＝m2，碰后两球交换速度；若m1<m2，碰后入射小球被反弹，所以选项A、B错误，选项C正确；为减小实验误差，应使入射小球到斜槽末端时的速度不能太小，要适当大些，所以释放高度应适当高一些，选项D正确。 3．在“验证动量守恒定律”的实验中，入射小球和被碰小球在碰撞前后的速度可用其做平抛运动的水平位移来表示，在图中M、P、N是小球的落点，下列说法正确的是