第1章 4 实验：验证动量守恒定律-【精讲精练】2023-2024学年高中物理选择性必修第一册人教版（教师用书）

4　实验：验证动量守恒定律 [学业要求与核心素养] 科学探究 1．会设计验证动量守恒定律的实验方案。 2．学会测量物体的质量和速度，验证在不受外力作用下系统动量守恒。 一、实验思路 1．我们可以创设怎样的符合动量守恒定律的情景？该系统如何满足动量守恒的条件？ 答　见教材 2．为验证动量守恒定律，设定的情景中，需要测量哪些物理量？ 答　见教材 二、实验方案 方案1　利用气垫导轨结合光电门进行实验探究 阅读课本根据图1.4­1，理解验证动量守恒定律的情景、系统、如何满足系统动量守恒条件及所需物理量的测量方法。 方案2　利用斜槽上滚下的小球结合平抛运动进行的实验探究 根据教材图1.4­5分析： (1)若不测量速度的具体数值，能否验证动量守恒？ 答　做平抛运动的小球落到地面，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。 (2)实验装置中重垂线起什么作用？ 答　确定斜槽末端的投影点 (3)如何记录并测量小球飞出的水平距离？ 答　落点到投影点的距离 三、进行实验 不论哪种方案，实验过程均可按实验方案合理安排，参考步骤如下： 1．用天平测出相关质量。 2．安装实验装置。 3．使物体发生一维碰撞，测量或读出相关物理量，计算相关速度。 4．改变碰撞条件，重复实验。 5．通过数据进行分析处理，找出碰撞中的不变量。 6．整理器材，结束实验。 四、数据分析 1．由实验记录的数据，计算碰撞前系统的总动量p＝m1v1＋m2v2和碰撞后系统的总动量p′＝m1v1′＋m2v2′。 2．比较p与p′在实验误差允许的范围内是否相等。 五、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实验，调整气垫导轨时，注意利用水平仪确保导轨水平。 (2)利用平抛运动进行实验，斜槽末端必须水平，且小球每次要从斜槽上同一位置由静止滚下；入射小球质量要大于被碰小球质量。 探究点一　实验操作与数据处理 　某同学利用气垫导轨做“验证动量守恒定律”的实验；气垫导轨装置如图所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架、光电门等组成。 (1)下面是实验的主要步骤： ①安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平； ②向气垫导轨通入压缩空气； ③接通光电计时器； ④把滑块2静止放在气垫导轨的中间； ⑤滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳； ⑥释放滑块1，滑块1通过光电门1后与左侧固定弹簧(未画出)的滑块2碰撞，碰后滑块2和滑块1依次通过光电门2，两滑块通过光电门2后依次被制动； ⑦读出滑块通过两个光电门的挡光时间分别为：滑块1通过光电门1的挡光时间Δt1＝10.01 ms，通过光电门2的挡光时间Δt2＝49.99 ms，滑块2通过光电门2的挡光时间Δt3＝8.35 ms； ⑧测出挡光片的宽度d＝5 mm，测得滑块1的质量为m1＝300 g，滑块2(包括弹簧)的质量为m2＝200 g。 (2)数据处理与实验结论： ①实验中气垫导轨的作用是： A．________________________________________________________________________； B．________________________________________________________________________。 ②碰撞前滑块1的速度v1为____________ m/s；碰撞后滑块1的速度v2为____________ m/s；滑块2的速度v3为__________ m/s。(结果均保留2位有效数字) ③碰撞之前，两物体的总动量为______kg·m/s。 碰撞之后，两物体的总动量为______kg·m/s。 由此可知两物体碰撞前后系统的总动量______。 [解析]　(2)①A.大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差。B.保证两个滑块的碰撞是一维的。 ②滑块1碰撞之前的速度 v1＝＝ m/s≈0.50 m/s； 滑块1碰撞之后的速度 v2＝＝ m/s≈0.10 m/s； 滑块2碰撞之后的速度v3＝＝ m/s≈0.60 m/s； ③相碰之前p1＝m1v1＝0.15 kg·m/s， 相碰之后p2＝m1v2＋m2v3＝0.15 kg·m/s， 所以碰撞前后系统的总动量守恒。 [答案]　(2)①见解析　②0.50　0.10　0.60　③0.15　0.15　守恒 　如图所示，某同学利用两个半径相同的小球及斜槽验证动量守恒定律实验，把被碰小球M1置于斜槽末端，实验所测得的数据如下： 小球质量/g 小球水平射程/cm M1 M2 OM OP ON 20.9 32.6 12.5 56 67.8 (1)若平抛时间看作单位