第一章 4 实验：验证动量守恒定律-【金版教程】2025-2026学年新教材高中物理选择性必修第一册创新导学案word（教科版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。3.体会将不易测量量转化为易测量量的实验设计思想。 一　实验器材 两个大小相同的小球、末端水平的斜槽、白纸、复写纸、重垂线、天平、圆规、刻度尺等。 二　实验操作 1．取两个大小相同的小球，测出它们的质量m1、m2。 2．按图甲所示安装好实验装置并使斜槽末端水平。 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(图乙)，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(图丙)。 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，仿照上一步骤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(图丙)。 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。 9．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。 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：还需要测量入射小球单独滚下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高度处由静止滚下。 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重垂线所指的位置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由静止滚下，使它们发生正碰，重复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过O和N在纸上作一直线。 ⑤用刻度尺测量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(防止入射球反弹)； (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．减小误差的方法 (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