1.4 实验：验证动量守恒定律 导学案-2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

1.4实验：验证动量守恒定律导学案 学习目标：　 1.选取合理的器材，设计合理的方案验证动量守恒定律(重点)。 2.创设系统满足动量守恒的条件。 3.掌握一维碰撞前、后速度测量的方法，并学会处理数据(重点)。 4.体会将不易测量物理量转化为易测量物理量的实验设计思想(重难点)。 一、实验思路 1．动量守恒定律的适用条件：______________或者________________________。 2．实验原理：由于发生碰撞时作用时间很短，内力____________外力，因此碰撞满足动量守恒定律的条件。在一维碰撞的情况下，设两个物体的质量分别为m1、m2，碰撞前的速度分别为v1、v2，碰撞后的速度分别为v1′、v2′，若系统所受合外力为零，则系统的动量守恒，则________________。 二、进行实验 方案1：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 1．实验装置：如图所示 实验器材：气垫导轨、数字计时器、天平、滑块(两个)、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥、挡光片等。 2．物理量的测量 (1)质量的测量：用________测量两滑块的质量m1、m2。 (2)速度的测量：v＝________，式中的d为滑块上挡光片的________，Δt为数字计时器显示的滑块上的挡光片经过__________的时间。 (3)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。 3．本实验研究以下几种情况 (1)滑块碰撞后分开。 (2)滑块碰撞后粘连。 (3)静止的两滑块被反向弹开。 4．实验步骤：(以上述3中第(1)种情况为例) (1)安装气垫导轨，接通电源，给导轨通气，调节导轨水平。 (2)在滑块上安装好挡光片、弹性碰撞架、光电门等，测出两滑块的质量m1和m2。 (3)用手拨动滑块使其在两数字计时器之间相碰．滑块反弹越过数字计时器之后，抓住滑块避免反复碰撞．读出两滑块经过两数字计时器前后的4个时间。 (4)改变碰撞速度，或采用运动滑块撞击静止滑块等方式，分别读出多组数据，记入表格。 5．数据分析 在确保挡光片宽度d一致的前提下，可将验证动量守恒定律 m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′变为验证________________。 6．注意事项 (1)气垫导轨要调整到水平。 (2)安装到滑块的挡光片宽度适当小些，计算速度会更精确。 方案2：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 1．实验装置：如图甲所示，让一个质量______的小球从斜槽上滚下来，与放在斜槽末端的另一质量________的同样大小的小球发生正碰，斜槽末端保持水平，之后两小球都做________________。 实验器材：铁架台，斜槽轨道，两个大小相等、质量________的小球，铅垂线，复写纸，白纸，______，__________，圆规，三角板等。 2．物理量的测量 (1)质量的测量：用天平测量两小球的质量m1、m2。 (2)速度的测量：两球碰撞前后的速度，可以利用平抛运动的知识求出。 3．实验步骤： (1)不放被碰小球，让入射小球m1从斜槽上某一位置由________滚下，记录平抛的落点P及水平位移OP。 (2)在斜槽水平末端放上被碰小球m2，让m1从斜槽________位置由静止滚下，记下两小球离开斜槽做平抛运动的落点M、N及水平位移OM、ON。 (3)为了减小误差，需要找到不放被碰小球及放被碰小球时小球落点的平均位置。为此，需要让入射小球从同一高度多次滚下，进行多次实验，然后用圆规画尽量小的圆把小球所有的落点都圈在里面，其圆心即为小球落点的平均位置。 4．数据分析 由OP＝v1t，OM＝v1′t，ON＝v2′t， 得v1＝，v1′＝，v2′＝。 可知，小球碰撞后的速度之比等于它们落地时飞行的水平距离之比，因此这个实验可以不测量速度的具体数值，只需验证______________________________ __是否成立就可以验证动量守恒定律是否成立。 5．注意事项 (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)入射球的质量m1大于被碰球的质量m2。 (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。 (5)不需要测量速度的具体数值，将速度的测量转化为水平距离的测量。 三、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，用长木板实验时是否平衡掉摩擦力，两球是否等大等。 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。 答案： 一、1.系统不受外力　所受外力的矢量和为0 2．远大于 m1v1＋m2v2＝