第一章 动量守恒定律 4 实验：验证动量守恒定律-【金版教程】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第一册创新导学案word（人教版2019）

4．实验：验证动量守恒定律 1．明确验证沿同一直线运动的两物体碰撞过程中的动量守恒的实验思路。2.会处理实验数据，并能列出验证动量守恒定律的关系式。 一　实验思路 (1)两个物体在发生碰撞时，作用时间很短。根据动量定理，它们的相互作用力很大。如果把这两个物体看作一个系统，可以近似认为碰撞满足动量守恒定律的条件。 (2)在设计实验时应着重考虑如下问题。 ①实验中哪些物体组成了要研究的系统？ ②如何创造实验条件，使系统所受外力的矢量和近似为0? ③需要测量哪些物理量？ 二　物理量的测量 (1)物体的质量，可用天平直接测量。 (2)两个物体发生碰撞前后各自的速度，根据所选择的具体实验方案来确定。 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(m1，m2)和碰撞前后的速度(v1，v1′，v2，v2′)，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m1v1′＋m2v2′＝m1v1＋m2v2。 探究　验证过程·获取数据 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 活动1：本实验方案的研究对象是谁？ 提示：入射小球和被碰小球组成的系统。 活动2：怎样测量小球的质量？ 提示：用天平测量小球的质量。 活动3：怎样测量两球碰撞前后瞬间的速度？ 提示：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。 活动4：在这个实验中是否必须测量速度的具体数值？ 提示：两小球碰撞后均做平抛运动，它们的下落高度相同，飞行时间也就相同。因此，小球碰撞后的速度之比就等于它们落地时飞行的水平距离之比，所以在这个实验中可以不测量速度的具体数值。 活动5：根据上述活动，结合图片分析，还需要测量哪些量？ 提示：还需要测量单独释放入射小球时入射小球飞出的水平距离OP，以及碰撞后入射小球飞出的水平距离OM、被碰小球飞出的水平距离ON。 活动6：怎样保证每次实验中入射小球碰前速度相同？ 提示：让入射小球从斜槽上同一位置处自由滚下。 活动7：如何保证两球水平正碰？ 提示：调整斜槽，使斜槽末端的切线水平，且两球碰撞时球心等高(即两球半径应相等)。 活动8：如何记录并测量小球飞出的水平距离？ 提示：①白纸在下，复写纸在上，在适当位置铺放好。在白纸上记下斜槽末端铅垂线所指的位置O。 ②不放被碰小球，让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下，重复10次。用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面，圆心P就是小球落点的平均位置。 ③把被碰小球放在斜槽末端，让入射小球从斜槽上同一高度自由滚下，使它们发生碰撞，重复实验10次。用步骤②的方法，标出碰后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。 ④测量OP、OM、ON的长度。 活动9：本实验中有哪些注意事项？ 提示：(1)斜槽末端的切线必须水平； (2)选质量较大的小球作为入射小球； (3)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。 探究　分析数据·得出结论 活动1：碰前、碰后系统的总动量如何表示？ 提示：设平抛运动的时间为t，则碰前系统总动量为m1·，碰后系统总动量为m1·＋m2·。 活动2：通过对实验数据的分析，能得到什么结论？ 提示：根据动量守恒定律，有m1·＝m1·＋m2·，整理得m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，若在实验误差允许的范围内上式成立，则表明两球在碰撞前后动量守恒。 探究　误差分析·实验创新 1．系统误差：主要来源于装置本身是否符合要求，即碰撞前后两物体的速度是否沿同一条直线，实验是否满足动量守恒的条件等。如斜槽末端切线方向是否水平，两碰撞球是否等大。 2．偶然误差：主要来源于质量m的测量、小球落点的确定和长度的测量。 3．改进措施 (1)设计方案时应保证碰撞前后两物体的速度沿同一条直线，且尽量满足动量守恒的条件。 (2)采取多次测量求平均值的方法来减小偶然误差。 质量可以用天平测量，本实验要解决的主要问题是怎样保证物体沿同一直线运动和怎样测量物体的速度。 方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 (1)实验器材：气垫导轨、数字计时器、天平、滑块(两个)、物块、轻质弹簧、细线、弹性碰撞架、撞针、橡皮泥。 (2)实验步骤 ①测质量：用天平测出滑块及物块的质量。 ②安装：正确安装好气垫导轨。 ③实验：接通电源，利用配套的数字计时器测出两个质量不同的滑块在各种情况下碰撞前后的速度(a.在两个滑块相互碰撞的端面装上弹性碰撞架；b.在两个滑块的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥；c.在两个滑块间放置轻质弹簧，挤压后用细线将两个滑块固定，烧断细线，弹簧弹开后落下，两个滑块由静止向相反方向运动)。 ④验证：用所测数据验证碰撞中的动量守恒。 方案二：利用摆球验证碰撞中的动量守恒 (1)实验器材：多个大小相同、质量不同的摆球、