第一章 第4节 实验：验证动量守恒定律(Word教参)-【新课程学案】新教材2022-2023学年高中物理选择性必修第一册（教科版2019）

第4节　实验：验证动量守恒定律 一、本版教材实验理清楚 实验目的 1．领会验证动量守恒定律的实验原理。 2．会用不同的方案验证动量守恒定律。 实验原理 在一维碰撞中，测出相碰撞两物体的质量m1、m2和碰撞前物体的速度v1、v2及碰撞后物体的速度v1′、v2′，找出碰撞前的动量p＝m1v1＋m2v2及碰撞后的动量p′＝m1v1′＋m2v2′，看碰撞前后动量是否守恒。 实验过程 1．实验器材 气垫导轨、数字计时器、天平、带挡光片滑块(两个)、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等。 2．实验步骤 (1)测质量：用天平测出两滑块质量。 (2)安装：正确安装好气垫导轨。 (3)实验：接通电源，利用配套的光电计时装置测出两滑块各种情况下碰撞前后的速度(①改变滑块的质量；②改变滑块的初速度大小和方向)。 (4)验证：一维碰撞中的动量守恒。 3．数据处理 验证的表达式：m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′ 1．实验器材 斜槽、大小相等质量不同的小球两个、重垂线一条、白纸、复写纸、天平一台、刻度尺、圆规。 2．实验步骤 (1)先用天平测出小球质量m1、m2。 (2)按如图甲所示那样安装好实验装置，将斜槽固定在桌边，使槽的末端点切线水平，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，入射球与被碰球的球心连线与轨道末端的切线平行，以确保正碰后的速度方向水平。 (3)在地上铺一张白纸，在白纸上铺放复写纸。 (4)在白纸上记下重垂线所指的位置O，它表示两小球做平抛运动的初始位置的水平投影。 (5)先不放被碰小球，让入射小球从斜槽上某一高度处静止滚下，重复10次，用圆规画一个尽可能小的圆，把所有的小球落点圈在里面，圆心就是入射小球发生直接平抛的落地点P。 (6)把被碰小球放在斜槽的末端，让入射小球从同一高度由静止滚下，使它们发生正碰，重复10次，仿照步骤(5)得到入射小球落地点的平均位置M和被碰小球落地点的平均位置N。 (7)过O和N在纸上作一直线。 (8)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数值代入m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，看看是否成立。 (9)整理实验器材放回原处。 3．数据处理 验证得表达式：m1·OP＝m1·OM＋m2·ON 误差分析 产生原因 减少方法 偶然误差 质量m和速度v的测量、读数 采取多次测量求平均值 系统误差 (1)碰撞是否为一维碰撞。 (2)实验是否满足动量守恒的条件，如气垫导轨是否水平，两球是否等大，斜槽末端切线是否水平 设计方案时应保证碰撞为一维碰撞，且尽量满足动量守恒的条件。 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)若利用斜槽小球碰撞应注意： ①斜槽末端的切线必须水平。 ②把被碰小球放在斜槽末端。 ③入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放。 ④选质量较大的小球作为入射小球。 ⑤实验过程中实验桌、斜槽、记录的白纸的位置要始终保持不变。 二、他版教材实验多融通 (一)人教版教材实验方案　 [差异解读] 1．小球为半径相同的钢球和玻璃球。 2．斜槽轨道固定在铁架台上，而教科版是固定在桌子上。 (二)粤教版教材实验方案　 [差异解读] 1．两小球均为小钢球。 2．靶球放置在支球柱上，而教科版和鲁科版靶球放置在斜槽末端。 3．表达式为：m1＝m1＋m2。 实验原理与操作 [典例1]　如图所示，用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。 (1)实验中，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的。但是，可以通过仅测量__________(填选项前的符号)，间接地解决这个问题。 A．小球开始释放高度h B．小球抛出点距地面的高度H C．小球做平抛运动的射程 (2)图中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影，实验时先让入射球m1多次从倾斜轨道上S位置静止释放，找到其平均落地点的位置P，测量平抛射程OP，然后，把被碰小球m2静置于轨道的水平部分，再将入射球m1从斜轨上S位置静止释放，与小球m2相碰，并多次重复。 接下来要完成的必要步骤是__________。(填选项前的符号) A．用天平测量两个小球的质量m1、m2 B．测量小球m1开始释放高度h C．测量抛出点距地面的高度H D．分别找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、N E．测量平抛射程OM、ON (3)若两球碰撞前后的动量守恒，其表达式为__________________________[用(2)中测量的量表示]。 [解析]　(1)小球碰前和碰后的速度都可用平抛运动来测定，即v＝。而由H＝gt2知，每次下落竖直高度相等，平抛运