1.4 实验：验证动量守恒定律 教学设计 -2024-2025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 学习目标： 1、会设计合理的方案验证动量守恒定律。 2、掌握一维碰撞前、后速度的测量方法，并学会处理实验数据。 3、会分析实验中的误差问题。 新课引入： 上节课我们学习了动量守恒定律，大家还记得定律的内容、守恒条件和表达式吗？动量守恒定律是自然界中普遍适用的一个规律，那么我们该怎么设计实验来验证这个定律呢？ 新课教学： 一、实验思路 1、实验的目的是什么？ 验证动量守恒 提出问题：动量守恒定律的适用条件是系统不受外力，或者所受外力的矢量和为0。这些都是理想化的条件，现实生活中难以实现。怎么办？ 提出思路：我们生活中常见的碰撞情形，碰撞时其内力远远大于外力，近似满足动量守恒的条件，故我们可以通过碰撞实验来验证动量守恒定律。 2、需要测量哪些物理量？怎么测量？ 质量m怎么测？（天平） 速度v怎么测？你可以有哪些方法测量物体的速度？ 不同测速度的方法，就对应不同的实验方案！ 二、实验方案 方案1：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 （1）实验器材：气垫导轨、光电计时器、遮光片、天平、滑块（两个）、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等。 （2）实验设计： 在一种实验情形下动量守恒，就能说明动量守恒定律是正确的、普遍成立的吗？ 情景1：两个滑块相互碰撞的端面上安装弹性碰撞架，滑块碰撞后随即分开 情景2：两个滑块的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥，滑块碰撞后连成一体 情景3：两个滑块间放置轻弹簧，挤压两个滑块使弹簧压缩，并用一根细线将两滑块固定，烧断细线后两滑块弹开 思考与讨论： ①气垫导轨是否需要调成水平？如果需要，你能想出哪些办法？ 接通气泵，将滑块置于气垫导轨上，滑块能够短时间内保持静止或者轻推滑块，滑块通过两个光电门的时间相同 ②如果物体碰撞后的速度方向与原来的方向相反，应该怎样记录？ 选取一个正方向，速度与正方向相同时记录为正值，与正方向相反时记录为负值 ③遮光片宽度大些好还是小些好？ 小些好，这样计算出来的速度更精确 （3）实验过程及数据处理： 观看视频： （4）误差分析： 说说看：碰撞前后系统的总动量有差异，其可能原因是什么？（有阻力作用等） 方案2：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 （1）实验器材： 斜槽轨道、半径相等质量不等的两个小球、白纸、复写纸、重垂线、刻度尺、圆规、天平等。 （2）实验设计： 先让质量较大的球（入射小球A，质量记作m1）从斜槽上由静止滚下来，再在斜槽末端放上另一个质量较小、大小相同的小球（被碰小球B，质量记作m2），让入射小球仍从同一位置由静止释放，与被碰小球发生碰撞，之后两球都做平抛运动。 思考与讨论： ①怎么确保小球做的是平抛运动呢？ 将斜槽末端调至水平 验证方法：将小球放在斜槽末端，调节斜槽至能使小球静止即可 ②怎样测量两球碰撞前后瞬间的速度呢？ 可以利用平抛运动的水平与竖直位移，求出碰撞前后两球做平抛运动的初速度 ③需要具体测出小球做平抛运动的初速度吗？ 不需要，因为两球做平抛运动的高度相同，故所用时间t相同，水平位移为x，则小球平抛的初速度，由此可知小球的初速度与水平位移成正比，因而可以把对小球初速度的测量转化为对水平位移的测量 ④实验装置中重锤线起什么作用？ 先要在白纸上记下重锤线所指的位置O，此点为入射小球碰前球心的竖直投影点，也是两球做平抛运动起点的竖直投影点，即用来测量两球水平位移的起点 ⑤如何记录并测量小球飞出的水平距离？ 先不放被碰小球，让入射小球A从斜槽上某一位置由静止滚下，记录平抛的水平位移OP，再在斜槽末端放上被碰小球B，让A球仍从同一位置由静止释放，与被碰小球发生碰撞，记下两小球离开斜槽做平抛运动的水平位移OM、ON ⑥如何记录并测量小球飞出的水平距离？ 重复多次实验，每个位置获得多组落点，用圆规画出尽量小的圆，把所有的小球落点圈在里面，圆心即为小球落点的平均位置 ⑦该方案是如何验证动量守恒定律的？ 验证m1·OP与m1·OM+m2·ON在误差允许范围内是否相等 ⑧该方案的实验误差主要来源于哪里？ 入射小球每次释放时未能很好的保持在同一高度 小球平抛起点在白纸上的投影与O点不完全重合 确定小球落点位置存在误差 存在空气阻力的影响等等 （3）实验过程及数据处理： 观看视频： 方案3：用打点计时器验证动量守恒 让小车A以某速度做匀速直线运动，与置于木板上静止的小车B相撞并粘在一起，继续做匀速直线运动 思考与讨论 ①本实验要不要调节木板的倾斜程度，以平衡摩擦力？ 为便于测量碰撞前瞬间小车A的速度，所以需要将长木板的一端垫高，以平衡摩擦力，使小车能在木板上做匀速直线运动 ②如果某次实验中得到的纸带如图所示，计算小车A碰前的速度大小应选哪段？计算两车碰撞后的速度大小应选哪段？为什么？ 因为碰撞前后，小车的速度都为匀速运动，只有碰撞过程中为变速运动，所以碰前选择BC段，碰后选择DE段 三、其它方案 学科网（北京）股份有限公司 $$