第一章 第三节 第2课时 实验：动量守恒定律的验证(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（粤教版2019）

第2课时　实验：动量守恒定律的验证 一、本版教材实验理清楚 实验目的 1．动量守恒定律的验证。 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、两个半径相等的钢球、白纸、复写纸、小铅锤、天平(附砝码)、毫米刻度尺。 实验原理 本实验用两个大小相同但质量不等的小球的碰撞来验证动量守恒定律。让一个质量较大的小球从斜槽上滚下来，跟放在斜槽末端的另一个质量较小的小球发生碰撞(正碰)。设两个小球的质量分别为m1和m2。碰撞前，质量为m1的入射球的速度是v1，质量为m2的被碰小球静止。两个小球碰撞前的总动量是m1v1。碰撞后，入射小球的速度是v1′，被碰小球的速度是v2′。两个小球碰撞后的总动量是m1v1′＋m2v2′。根据动量守恒定律，应该有 m1v1＝m1v1′＋m2v2′ 如果我们分别测出两个小球的质量和两个小球在碰撞前后的速度，把它们代入上式，就可以验证两个小球碰撞前后的动量是否守恒。 实验步骤 1．按如图所示安装实验仪器，通过水平调节螺钉使斜槽末端处于水平，钢球放在上面能保持静止状态。在木板上依次铺上白纸、复写纸。利用重垂线在白纸上分别标注斜槽水平段端口、靶球初位置(支球柱)在白纸平面的投影点O和点O′。 2．用天平测出两个大小相同、但质量不同的钢球的质量，质量大的钢球m1作为入射球，质量小的钢球m2作为靶球。 3．先让入射球单独从斜槽上端紧靠定位板的位置自由滑下，在白纸上留下落地碰撞的痕迹。 4．让入射球从斜槽上端同一位置自由滑下，与放在支球柱上的靶球发生碰撞，两球分别在白纸上留下落地碰撞的痕迹。 5．测出入射球m1两次落地碰撞点与点O的距离s和s1，靶球m2落地碰撞点与点O′的距离s2。 6．整理好实验仪器，放回原处。 数据处理 将测量数据代入m1s＝m1s1＋m2s2，看在误差允许的范围内是否成立。 误差分析 产生原因 减少方法 偶然误差 质量m1、m2和距离s、s1、s2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．保证碰撞的两球“水平”和“正碰”。 2．保证入射小球每次以同一位置由静止释放。 3．入射小球的质量大于被碰球的质量。 4．测量平抛运动小球的水平位移时，注意两球平抛起点在白纸平面的投影是不同的。 二、他版教材实验多融通 (一)鲁科版教材实验方案　 [差异解读] 1．小球为半径相同的钢球和玻璃球。 2．被碰小球放在斜槽末端，而粤教版是放在立柱上的。 3．鲁科版表达式为：m1lOP＝m1lOM＋m2lON，而粤教版为：m1s＝m1s1＋m2s2。 (二)人教版教材实验方案一　 [差异解读] 1．两个滑块相碰。 2．实验在气垫导轨上进行。 3．利用光电门测量滑块的速度。 (三)人教版教材实验方案二　 [差异解读] 1．入射小球从斜槽不同高度处滚下，多次测量。 2．斜槽轨道固定在铁架台上，鲁科版和粤教版都固定在桌面上。 实验原理与操作 [典例]　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，直接测量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．小球开始释放时距桌面的高度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开始释放时距桌面的高度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，平抛运动时间相等。由m1＝m1＋m2，可得m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，故只需测射程。 (2)由(1)中表达式知：在OP已知时，需测量m1、m2、OM和ON，故必要步骤有A、D、E。 (3)若两球碰撞前后的动量守恒，其表达式为：m1·OM＋m2·ON＝m1·OP。 [答案]　(1)C　(