第一章 第4节 实验：验证动量守恒定律（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理 选择性必修 第一册（人教版2019）

第4节　实验：验证动量守恒定律 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 根据已有知识，合理设计实验方案。 按照不同的实验思路设计对应的实验方案，合理地选择实验器材，获得并分析实验数据，形成结论。 1.分析实验数据，形成结论。 2．能撰写实验报告，用学过的物理术语、图表等交流本实验的探究过程与结论。 通过实验得到一维碰撞中动量守恒定律的表达式，体会物理学中的科学探究精神，培养实事求是的科学态度。 [对应学生用书P20] 一、实验目的 1．明确验证动量守恒定律的基本思路。 2．验证一维碰撞中的动量守恒。 3．知道实验数据的处理方法。 二、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′，求出碰撞前的动量p＝m1v1＋m2v2及碰撞后的动量p′＝m1v1′＋m2v2′，看碰撞前后动量是否守恒。 三、实验器材 方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 气垫导轨、数字计时器、天平、滑块(两个)、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥。 方案二：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 斜槽、小球(两个)、天平、复写纸、白纸、直尺等。 四、实验步骤 方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 1．测质量：用天平测出两个滑块的质量。 2．安装：正确安装好气垫导轨及有关器材，如图所示。 3．实验：接通电源，进行实验，分别记录两个滑块碰撞前后经过光电门的挡光时间。 4．改变：(1)改变滑块的质量；(2)改变滑块初速度的大小和方向。重复步骤3的实验。 5．结束：整理好实验器材并放回原处。 方案二：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 1．测质量：用天平测出两小球的质量，并选定质量大的小球为入射小球。 2．安装：按照图甲所示安装实验装置。调整固定斜槽使斜槽底端水平。 3．铺纸：白纸在下，复写纸在上且在适当位置铺放好。记下重垂线所指的位置O。 4．找碰前落点：不放被撞小球，每次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。 5．找碰后落点：把被撞小球放在斜槽末端，每次让入射小球都从斜槽上步骤4中的固定高度处自由滚下，使它们发生碰撞，重复实验10次。用步骤4的方法，标出碰后入射小球落点的平均位置M和被撞小球落点的平均位置N。如图乙、丙所示。 6．结束：整理好实验器材放回原处。 五、数据处理 方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 1．滑块速度的测量：v＝，式中d为滑块上挡光片的宽度(仪器说明书上给出，也可直接测量)，Δt为数字计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门的时间。 2．验证的表达式：m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′。 方案二：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 1．连接ON，测量线段OP、OM、ON的长度。 2．验证的表达式：m1·OP＝m1·OM＋m2·ON。 1．(知识拓展)误差分析 (1)系统误差：主要来源于装置本身是否符合要求。 ①碰撞是否为一维。 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，用长木板实验时是否平衡掉摩擦力。 (2)偶然误差：主要来源于质量m和速度v的测量。 2．(知识拓展)注意事项 (1)碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”。 (2)若利用方案一进行验证，调整气垫导轨时，应注意利用水平仪确保导轨水平。 (3)若利用方案二进行验证： 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入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放； ④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。 [对应学生用书P21] 探究点一___实验原理 【例1】 某同学用图甲所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来验证动量守恒定律，图中CQ是斜槽，QR为水平槽，二者平滑相接，调节实验装置，使小球放在QR上时恰能保持静止，实验时先使A球从斜槽上某一固定位置G由静止开始滚下，落到位于水平地面上的记录纸上，留下痕迹。重复上述操作10次，得到10个落点痕迹。然后把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让A球仍从位置G由静止开始滚下，和B球碰撞后，A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹。重复这种操作10次。 图甲中O是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点，P为未放被碰球B时A球的平均落点，M为与B球碰后A球的平均落点，N为被碰球B的平均落点。若B球落点痕迹如图乙所示，其中米尺水平放置，且平行于OP。米尺的零刻度与O点对齐。 (1)入射球A的质量mA和被碰球B的质量mB的关系是mA________(选填“>”“<”或“＝”)mB。 (2)碰撞后B球的水平射程约为________cm。 (3)下列选项中，属于本次实验必须测量的是_______