第一章 第3节 科学验证：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（鲁科版2019）

第3节　科学验证：动量守恒定律 核心 素养 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 验证动量守恒定律。 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。 能分析物理现象，提出并准确表述在实验中可能出现的物理问题；能在他人的帮助下制订实验方案，能说明实验设计的理由，会使用常规实验器材获取数据；能分析数据，验证动量守恒定律，分析实验误差；能撰写规范的实验报告，在报告中能呈现设计的实验表格、数据分析过程及实验结论，能交流实验过程和结果并能进行反思总结。 通过对动量守恒定律的理论推导与实验探究，能认识科学探索中的理论与实验研究的重要性。 [对应学生用书P12] 1．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。 2．实验器材 斜槽轨道、半径相等的钢球和玻璃球、白纸、复写纸、小铅锤、天平(附砝码)、毫米刻度尺、圆规。 3．实验原理与设计 (1)质量分别为m1和m2的两小球A、B发生正碰，若碰撞前球A的速度为v1，球B静止，碰撞后的速度分别为v1′和v2′，根据动量守恒定律，应有m1v1＝m1v1′＋m2v2′。 (2)可采用“探究平抛运动的特点”实验中测量平抛初速度的方法，设计实验装置如图甲所示。让球A从同一位置C释放，测出不发生碰撞时球A飞出的水平距离lOP，再测出球A、B碰撞后分别飞出的水平距离lOM、lON，如图乙所示。只要验证m1·lOP＝m1·lOM＋m2lON，即可验证动量守恒定律。 (3)因为小球从斜槽上滚下后做平抛运动，由平抛运动知识可知，只要小球下落的高度相同，在落地前运动的时间就相同，则小球的水平速度若用飞行时间作时间单位，在数值上就等于小球飞出的水平距离，所以只要测出小球的质量及两球碰撞前后飞出的水平距离，代入公式就可验证动量守恒定律。 4．实验步骤 (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放在槽口末端，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。 (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lOP、lOM和lON。用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面，圆心就是平均落点。 (6)改变点C位置，重复上述实验步骤。 5．数据处理：设计如图所示的表格，记录和分析数据 碰撞前 碰撞后 质量m (kg) mA mA mB 水平距离l (m) lOP lOM lON ml (kg·m) mAlOP mAlOM＋mBlON 结论 实验结论：碰撞前后两小球的动量之和保持不变。 6．误差分析 (1)小球落点位置的确定不准确会产生误差。 (2)入射小球每次不是从同一高度无初速度滑下会产生误差。 (3)线段长度的测量也会产生误差。 (4)入射小球释放的高度太低，两球碰撞时内力较小同样会产生误差。 7．注意事项 (1)入射小球的质量m1应大于被碰小球质量的m2，若入射小球的质量小于被碰小球的质量，则入射小球会被反弹，滚回斜槽后再返回抛出点过程中克服摩擦力做功，飞出时的速度大小小于碰撞刚结束时的速度大小，会产生较大的误差。 (2)斜槽末端的切线必须水平。 (3)入射小球与被碰小球的球心连线与入射小球的初速度方向一致。 (4)入射小球每次都必须从斜槽上同一位置由静止开始滚下。 (5)地面应水平，白纸铺好后，实验过程中不能移动，否则会造成很大的误差。 1．在做“验证动量守恒定律”的实验中，斜槽轨道必须是光滑的。(　　×　　) 2．在做“验证动量守恒定律”的实验中，入射球每次都要从同一高度由静止滚下。(　　√　　) 3．在做“验证动量守恒定律”的实验中，两球的半径大小必须一致。(　　√　　) [对应学生用书P14] 探究点一　实验原理与实验步骤　(科学探究之结论) (2021·北京海淀101中学高一期末)用如图所示的装置，来完成“验证动量守恒定律”实验。实验中使用的小球1和2半径相等，用天平测得质量分别为m1、m2，且m1 >m2。在木板上铺一张白纸，白纸上面铺放复写纸，记下重锤线所指的位置O。先不放小球2，使小球1从斜槽上某一点S由静止滚下，落到水平地面P点。再把小球2静置于斜槽轨道末端，让小球1仍从S处由静止滚下，小球1和小球2碰撞后分别落在复写纸上，在白纸上留下各自落点的痕迹。 (1)为完成此实验，以下提供的测量工具中，本实验必须使用的是________(选填选项前的字母)。 A．刻度尺 B．天平 C．打点计时器 D．秒表 (2)