1.4验证动量守恒定律实验-2023-2024学年高二物理素养提升学案（人教版2019选择性必修第一册）

高中物理选择性必修一素养提升学案 第一章 动量守恒定律 1.4．实验：验证动量守恒定律 【实验目标】　 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。 【实验探究】 一、实验原理与方法 在一维碰撞中，测出相碰的两物体的质量m1、m2和碰撞前、后物体的速度v1、v2、v1′、v2′，算出碰撞前的动量p＝m1v1＋m2v2及碰撞后的动量p′＝m1v1′＋m2v2′，看碰撞前、后动量是否相等。 二、实验器材 方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验 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：利用斜槽滚球完成一维碰撞实验 斜槽、小球(两个)、天平、复写纸、白纸等。 三、实验过程 方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验 1．测质量：用天平测出滑块的质量。 2．安装：正确安装好气垫导轨，如图所示。 3．实验：接通电源，利用配套的数字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。 方案二：利用斜槽滚球完成一维碰撞实验 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：按照如图甲所示安装实验装置。调整固定斜槽使斜槽底端水平。 甲　　　　　　　　　乙 3．铺纸：白纸在下，复写纸在上且在适当位置铺放好。记下铅垂线所指的位置O。 4．放球找点：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．碰撞找点：把被撞小球放在斜槽末端，每次让入射小球从斜槽同一高度(同步骤4中的高度)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。如图乙所示。 6．验证：连接ON，测量线段OP、OM、ON的长度。将测量数据填入表中。最后代入m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，看在误差允许的范围内是否成立。 7．整理：将实验器材放回原处。 四、数据处理 方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验 1．滑块速度的测量：v＝，式中Δx为滑块挡光片的宽度(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：利用斜槽滚球完成一维碰撞实验 验证的表达式：m1·＝m1·＋m2·。 五、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。 2．偶然误差：主要来源于质量m1、m2和碰撞前后速度(或水平射程)的测量。 六、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验证，调整气垫导轨时，应注意利用水平仪确保导轨水平。 (2)若利用平抛运动规律进行验证： ①斜槽末端的切线必须水平； ②入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放； ③选质量较大的小球作为入射小球； 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。 3．探究结论：寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不变。 【实验素养提升】 类型一　实验原理与操作 【典例1】（2023浙江温州重点高中期中联考）“验证动量守恒定律”的实验装置如图所示，即研究两个小球在轨道水平部分末端碰撞前后的动量关系。已知入射小球A和被碰小球B的质量分别为、。 ①本实验中，要求满足的条件不必要的是______（填选项前的序号）。 A. 斜槽轨道必须是光滑的 B. 斜槽轨道末端的切线是水平的 C. 入射小球每次都从斜槽上的同一位置无初速释放 D. 入射球与被碰球质量要满足 ②实验中，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的，但是，可以通过测量______（填选项前的序号），间接地解决这个问题。 A. 小球开始释放的高度h B. 小球抛出点距地面的高度H C. 小球做平抛运动的水平射程 ③在误差允许范围内，要验证的两个小球碰撞前后动量守恒方程式是____________。 类型二　数据处理和误差分析 【典例2】　某同学用如图所示的装置验证动量守恒定律。安装了弹性碰撞架和挡光片的小车A和小车B静止在滑轨上。实验时，给小车A一个初速度，当它与小车B发生碰撞后没有改变运动方向。数字计时器（图中没画出）可以测出挡光片通过光电门的挡光时间，测得碰撞前小车A通过光电门1的挡光时间为，碰撞后两小车先后通过光电门2的挡光时间分别为、。两个挡光片的宽度相同。 （1）下列说法正确的是______。 A.该实验需要将滑轨左侧适当垫高，以补偿阻力