(教参)第一章 4 实验：验证动量守恒定律-【精彩三年】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第一册课程探究与巩固教师用书word+课件PPT（人教版，浙江专用）

4　实验：验证动量守恒定律 课程解读 课标要点 学科素养 链接浙江选考 通过实验，探究动量守恒定律 物理观念：树立动量守恒的思想观念。 科学探究：用实验验证动量守恒定律 设计实验验证动量守恒定律 (见学生用书P14) 知识点　探究一维碰撞中的不变量 1．设计思路 (1)与物体运动有关的物理量可能有哪些？ (2)碰撞前后哪些物理量可能不变？ (3)如何研究碰撞的各种不同形式？ 2．实验过程中需要考虑的问题 (1)怎样保证碰撞是一维的？ (2)如何测量物体的质量？ (3)如何测量物体的速度？ (4)如何处理实验数据？ [思辨] 1．判断题(正确的打“√”，错误的打“”) (1)两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿这一直线运动，这种碰撞叫作一维碰撞。(　√　) (2)可用斜槽、气垫导轨等控制物体的运动，从而保证两个物体做一维碰撞。(　√　) (3)两物体发生碰撞前、后动量一定守恒。(　√　) (4)两物体发生碰撞前、后动能不一定守恒。(　√　) 2．思考题：除了利用光电门、打点计时器(配纸带)、闪光照片等手段测量两个物体碰撞前、后的速度外，还可如何比较方便、精确地测量两个物体碰撞前、后的速度？ 答案：可利用匀速运动、平抛运动规律等间接测量。 (见学生用书P15) 　　类型一利用气垫导轨实现一维碰撞 实验装置如图所示。 (1)质量的测量：用天平测量。 (2)速度的测量：v＝，式中Δx为滑块上挡光片的宽度，Δt为数字计时器显示的挡光片经过光电门的时间。 (3)各种碰撞情景的实现：利用弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥设计各种类型的碰撞，利用在滑块上加重物的方法改变碰撞物体的质量。 如图所示，用气垫导轨做“验证动量守恒定律”实验中，完成下列操作步骤。 (1)调节天平，称出两个碰撞端分别贴有尼龙扣的滑块的质量m1和m2。 (2)安装好光电门A、B，使光电门之间的距离为50 cm。导轨通气后，调节导轨水平，使滑块能够做__匀速直线__运动。 (3)在碰撞前，将一个质量为m2的滑块放在两光电门中间，使它静止，将另一个质量为m1的滑块放在导轨的左端，向右轻推一下质量为m1的滑块，记录挡光片通过光电门A的时间t1。 (4)两滑块相碰后，它们粘在一起向右运动，记录挡光片通过__光电门B__的时间t2。 (5)得到验证实验的表达式__＝__。 解析：为了让滑块在水平方向上不受外力，应在导轨通气后，调节导轨水平，使滑块能够做匀速直线运动；本题中利用光电门来测量速度，因此应测量挡光片通过光电门的时间；设挡光片的宽度为l，则有滑块经过光电门A的速度v1＝，整体经过光电门B的速度v2＝；则根据动量守恒定律可知(m1＋m2)v2＝m1v1，联立解得＝。 气垫导轨是常用的一种实验仪器，它利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫，使滑块悬浮在导轨上，滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦。我们可以用带竖直挡板C、D的气垫导轨以及滑块A、B来验证动量守恒定律，实验装置如图所示(弹簧的长度忽略不计)。 采用的实验步骤如下： (a)用天平分别测出滑块A、B的质量mA、mB。 (b)调整气垫导轨，使导轨水平。 (c)在滑块A、滑块B间放入一个被压缩的轻弹簧，用电动卡销锁定，静止放置在气垫导轨上。 (d)用刻度尺测出滑块A的左端至挡板C的距离L1。 (e)按下电钮放开卡销，同时使分别记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作。当滑块A、B分别碰撞挡板C、D时停止计时，计下滑块A、B分别到达挡板C、D的运动时间t1和t2。 (1)实验中还应测量的物理量是__滑块B的右端至挡板D的距离L2__。 (2)利用上述测量的实验数据，验证动量守恒定律的表达式是__mA－mB＝0(或mA＝mB)__，由此公式算得的A、B两滑块的动量大小并不完全相等，产生误差的原因是__测量时间、距离等存在误差，由于阻力、气垫导轨不水平造成误差等__。 (3)利用上述实验数据还能测出被压缩弹簧的弹性势能，请写出表达式__Ep＝mA＋mB__。 解析：(1)因系统在水平方向上动量守恒，即mAvA－mBvB＝0，由于系统不受摩擦，故滑块在水平方向做匀速直线运动，故有vA＝，vB＝，即有mA－mB＝0，所以还要测量的物理量是滑块B的右端至挡板D的距离L2。 (2)由(1)分析可知验证动量守恒定律的表达式是mA－mB＝0，根据表达式可知造成误差的原因有：测量时间、距离等存在误差，由于阻力、气垫导轨不水平造成误差等。 (3)根据功能关系可知，被压缩弹簧的弹性势能转化为滑块A、B的动能，因此有Ep＝mAv＋mBv，即Ep＝mA＋mB。 　　类型二利用斜槽上滚下的小球验证动量 守恒定律之一 　 (1)选定质量大的小球为入射小球，用天平测出入射小球的质量m1和被碰小球的质量m2。 (2)按照下