第1章 第3节 课时2 动量守恒定律的验证-【金版新学案】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修第一册同步课堂高效讲义教师用书（粤教版2019）

课时2　动量守恒定律的验证 一、实验目的 1．验证动量守恒定律。 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。 二、实验器材 斜槽轨道、半径相等的质量为m1的钢球(球A)和质量为m2的玻璃球(球B)、白纸、复写纸、小铅锤、天平(附砝码)、毫米刻度尺、圆规。 三、实验原理与设计 用如图所示的装置验证动量守恒定律。让球A从同一位置C释放(C未画出)，测出不发生碰撞时球A飞出的水平距离sOP，再测出球A、B碰撞后分别飞出的水平距离sOM、sO′N，如图所示。只要验证m1sOP＝m1sOM＋m2sO′N，即可验证动量守恒定律。 四、实验过程 1．用天平测出两个小球的质量。 2．将斜槽固定在桌边并使其末端水平。在地板上铺白纸和复写纸，通过小铅锤将斜槽末端在纸上的投影记为点O。 3．首先让球A从斜槽点C由静止释放，落在复写纸上，如此重复多次。 4．再将球B放在支球柱上，让球A从点C由静止释放，撞击球B，两球落到复写纸上，如此重复多次。 学生用书↓第17页 5．取下白纸，用圆规找出落点的平均位置点P、点M和点N，用刻度尺测出sOP、sOM和sO′N。 6．改变点C的位置，重复上述实验步骤。 五、实验数据处理 1．设计如图所示的表格，记录和分析数据。 入射小球A的质量m1 被碰小球B的质量m2 碰撞前 碰撞后 水平距离 sOP sOM sO′N 质量m和水平距离的乘积 m1sOP m1sOM m2sO′N 2．验证表达式：m1sOP＝m1sOM＋m2sO′N。 六、误差分析 1．小球落点位置的确定不准确是产生误差的一个原因。 2．入射小球每次不是从同一高度无初速度滑下是产生误差的另一个原因。 3．线段长度的测量产生误差。 4．入射小球释放的高度太低，两球碰撞时内力较小会产生误差。 七、注意事项 1．斜槽末端的切线必须水平，判断是否水平的方法是将小球放在斜槽轨道平直部分的任一位置，若小球均能保持静止，则表明斜槽末端已水平。 2．入射小球每次都必须从斜槽轨道的同一位置由静止释放，可在斜槽上的适当高度处固定一挡板，使小球靠着挡板，然后释放小球。 3．入射小球的质量应大于被碰小球的质量。 4．在计算时一定要注意m1、m2与sOP、sOM和sO′N的对应关系。 一　教材原型实验 (2022·广东江门高二期末)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，直接测定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点。实验时，先将入射球m1多次从斜轨上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。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位置由静止释放，与小球m2相撞，并多次重复。(小球质量关系满足m1>m2)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、 学生用书↓第18页 (3)若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为______________________[用(2)中测量的量表示]。 解析：(1)由于本实验的碰撞是在同一高度，在空中运动的时间相同，因而根据小球做平抛运动的射程就可知道碰撞后速度的大小之比，所以选C。 (2)本实验必须用天平测量两个小球的质量m1、m2，分别找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、N和测量平抛射程、，故选A、D、E。 (3)设小球m1在碰撞前、后瞬间的速度分别为v、v1，小球m2在碰撞后瞬间的速度为v2，由于m1·v＝m1·v1＋m2·v2，且v1＝，v2＝，v＝，所以有m1·＝m1·＋m2·。 答案：(1)C　(2)ADE　(3)m1·＝m1·＋m2· (2022·广东东莞高二期末)小明同学在做“探究碰撞中的不变量”实验中，所用装置如图甲所示，已知槽口末端在白纸上的投影位置为O点。 (1)为了完成本实验，下列必须具备的实验条件或操作步骤是____________； A．斜槽轨道末端的切线必须水平 B．入射球和被碰球半径必须相同 C．入射球和被碰球的质量必须相等 D．必须测出桌面离地的高度H (2)小明同学在实验中正确操作，得出的落点情况如图乙所示，则入射小球质量和被碰小球质量之比为_______________。 解析：(1)斜槽轨道末端的切线必须水平，以保证小球