1.4 实验：验证动量守恒定律 教案-2022-2023学年高二上学期物理人教版(2019)选择性必修第一册

1.4实验：验证动量守恒定律 〖教材分析〗 在前面学习动量守恒的基础上，对该定律进行实验验证，和以前的机械能守恒的验证课程安排是一样的。本节课主要从实验思路、物理量的测量和数据分析三个方面进行授课并给出了两个参考案例。通过本节课培养学生的动手能力和实验分析能力，这样使学生对动量守恒定律的理解更加深刻。 〖教学目标与核心素养〗 物理观念∶会使用气垫导轨做实验，能用光电门来测量瞬时速度。 科学思维∶理解实验的本质，能够在多种情境中验证动量守恒。 科学探究：通过验证动量守恒定律的过程，培养学生实验操作能力。 科学态度与责任∶通过气垫导轨和光电门的使用，培养学生实事求是的科学态度，能使学生灵活地运用科学方法来研究问题、解决问题、提高创新意识。 〖教学重难点〗 教学重点：会用实验验证动量守恒定律。 教学难点：速度的测量。 〖教学准备〗 多媒体课件，气垫导轨、光电门。 〖教学过程〗 一、新课引入 如果一个系统不受外力或受外力的矢量和为零，这个系统的总动量保持不变。这就是动量守恒定律。本节课我们通过实验验证动量守恒定律。 二、新课教学 （一）实验思路 动量守恒的条件主要有三种： ①系统不受外力 ②所受外力的矢量和为0 ③内远大于外力 我们需要考虑的问题。实验中那些物体组成了要研究的系统？如何创造实验条件，使系统所受外力的矢量和近似为0？需要测量哪些物理量？ （二）物理量的测量 ①质量的测量——实验室一般用天平。 ②速度的测量——可以用光电门或者打点计时器，根据具体情况来选择。 （三）数据分析 选取质量不同的两个物体进行碰撞，测出物体的质量和碰撞前后的速度，分别计算出两物体碰撞前后的总动量，并检验碰撞前后总动量的关系是否满足动量守恒定律，即 m1v'1+m2v'2= m1v1+m2v2 参考案例1——研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 ①利用气垫导轨来减小摩擦力。 ②利用光电计时器测量滑块碰撞前后的速度。 ③通过在滑块上添加已知质量的物块来改变碰撞物体的质量。 本实验可以研究以下几种情况：碰撞后分开、碰撞后连成一体、分裂为两部分向相反方向运动。 思考∶气垫导轨是否需要调成水平？如果需要，你能想出哪些办法？ 不一定。根据动量守恒的条件：是系统不受外力，或者所受外力的矢量和为0。所以要调节气垫导轨，使物块在导轨上能做匀速直线运动。 参考案例2——研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 使入射小球从斜槽不同高度处滚下，测出两球的质量以及它们每次碰撞前后的速度，就可以验证动量守恒定律。 思考：怎样测量两球碰撞前后瞬间的速度呢? 两个小球碰撞前后瞬间的速度方向都是水平的，因此，两球碰撞前后的速度，可以利用平抛运动的知识求出。 本实验设计思想巧妙之处在于用长度测量代替速度测量。 课堂练习 例1：某物理兴趣小组采用图甲所示气垫导轨装置，来验证滑块碰撞过程中的动量守恒定律，其主要实验步骤如下。 （1） 用天平测得滑块A、B（均包括档光片）的质量分别为m1、m2，用游标卡尺测得档光片的宽度均为d。某次用游标卡尺测量档光片的宽度时，示数如图乙所示，读数d=________mm。 （2） 充气后，调节气垫导轨下面的旋钮，导轨左侧放一个滑块并向右轻推一下，滑块通过两个光电门时，挡光时间分别为0.04s、0.03s，则应使导轨右端________（填“调高”或“调低”），直至滑块在导轨上运动，通过两个光电门时________，说明气垫导轨已经调节水平。 （3） 滑块B放在两个光电门之间，将滑块A向左挤压导轨架上的弹簧后再释放，滑块A已知向右运动，与光电门1相连的计时器的示数只有一个，为t1，与光电门2相连的计时器的示数有两个，先后t2、t3。 （4） 在实验误差允许范围内，若表达式________________（用测得的物理量表示）成立，说明滑块A、B碰撞过程中动量守恒；若表达式________________（仅用t1、t2和t3表示）成立，说明滑块A、B碰撞过程中机械能守恒和动量守恒。 解析：(1)由题意知，游标卡尺读数d=5mm+0.05×5mm=5.25mm。 （2） 同一滑块通过两个光电门，由知，通过光电门的时间减少，说明在加速，导轨右端应调高一点，直至两个计时器显示的时间相等，即说明滑块做匀速运动，导轨已调成水平。 （4）滑块A碰前速度，碰后速度，滑块B碰前速度，在实验误差允许范围内，若表达式m1v=m1v1+m2v2，即成立，说明碰撞过程中动量守恒；若表达式，即成立，联立解得，说明碰撞过程中机械能守恒和动量守恒 例2：在验证动量守恒定律实验中，实验装置如图所示，a、b是两个半径相等的小球，按照以下步骤进行操作： ①在平木板表面钉上白纸和复写纸，并将该平木板竖直立于紧靠槽口处，将小球a从斜槽轨道上固定点处由静止释放，撞到平木板并在白纸上留下痕