1.4实验：验证动量守恒定律2 导学案 -2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

学科 物理 年级 时间 2024.5 课题 实验：验证动量守恒定律 课型 新授课 课时 第一课时 主备教师 学习目标 实验探究 一、实验思路 1．研究最简单的情况：两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后（ ）运动。 2．应该尽量创造实验条件，使（ ）。 二、数据分析 测出物体的（ ）(m1，m2)和（ ）(v1，v2，v1′，v2′)，检验碰撞前后总动量的关系是否满足：（ ） 三、参考案例 案例1：利用气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 实验装置如图所示： (1)速度的测量及计算：设滑块上挡光片的宽度为Δx，挡光片经过光电门的时间为Δt，则v＝（ ）。 (2)本实验可以研究以下几种情况 ①将弹簧压缩，放置于两个滑块之间，并用细线连接两个滑块，使它们静止，然后烧断细线，弹簧弹开，两个滑块随即向相反方向运动(图甲)。 ②在两滑块相碰的端面上装上弹性碰撞架(图乙)，可以得到能量损失很小的碰撞。 ③在两个滑块的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥，碰撞时撞针插入橡皮泥中，把两个滑块连接成一体运动(图丙)，这样可以得到能量损失很大的碰撞。 (3)器材：气垫导轨、光电计时器、（ ）、两个滑块(带挡光片)、重物、弹簧、细线、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等。 (4)实验步骤 ①用（ ）测量两滑块质量m1、m2。 ②调整导轨使之处于水平状态，并使光电计时器系统正常工作。 ③记录光电门挡光片的宽度Δx以及光电计时器显示的挡光时间Δt，利用公式v＝（ ）计算出两滑块碰撞前后的速度。探究相互作用前后不变的量。 ④将实验中测得的物理量填入表格，数据代入表达式，看在误差范围内是否成立。 (5)实验注意事项 ①碰撞有很多情形，我们验证碰撞中的动量守恒必须在各种碰撞情况下都不改变才符合要求。 ②保证两物体发生的是一维碰撞，即两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿同一直线运动。 ③调整气垫导轨时，确保导轨处于水平状态。 (6)误差分析 ①碰撞是否为一维碰撞是产生误差的一个原因，设计实验方案时应保证碰撞为一维碰撞。 ②碰撞中是否受其他力(如摩擦力)影响是带来误差的又一个原因，实验中要合理控制实验条件，避免除碰撞时相互作用力外的其他力影响物体的速度。 ③测量滑块上挡光片的宽度时的误差要尽量减小。 案例2：利用斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 实验装置如图所示： (1)速度的测量及计算：用刻度尺测出小球做平抛运动的水平位移x和竖直位移h，根据竖直方向的分运动求小球在空中运动的时间，即t＝（ ），则小球的初速度v＝（ ）。 (2)碰撞的实现：每次让入射小球从斜槽（ ）自由滚下，与放在斜槽末端的被碰小球发生碰撞，被碰小球和入射小球立即离开斜槽的末端做（ ） (3)器材：斜槽、小球(两个)、（ ）、刻度尺、复写纸、白纸、小铅锤等。 (4)实验步骤 ①用（ ）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。在地板上铺上白纸和复写纸，通过小铅锤将斜槽末端在纸上的投影记为O点。 ③首先让球A多次从斜槽C点(图中未画出)由静止释放，落在复写纸上，重复多次。 ④再将球B放在槽口末端，让球A从（ ）由静止释放，撞击球B，两球落在复写纸上，重复多次。 ⑤取下白纸，用圆规找到落点的平均位置P点、M点、N点，用（ ）测出lOP、lOM和lON。 ⑥改变C点位置，重复上述实验。 (5)数据收集与分析 ①分别测出两小球质量以及碰前球A的落地点到O的距离lOP和碰后球A和球B的落地点到O的距离lOM和lON，根据所测得数据计算mAlOP与mAlOM＋mBlON，并比较其数值关系。 ②实验结论：在误差允许范围内，发生一维碰撞的两物体组成的系统动量守恒。 (6)注意事项 ①入射小球的质量m1要大于被碰小球的质量m2(m1>m2)。 ②入射小球的半径等于被碰小球的半径，以使两球碰撞时，球心等高或在同一水平线上。 ③入射小球每次必须从斜槽上同一高度处由静止滑下。 ④斜槽末端要水平。 ⑤地面必须水平，实验过程中白纸铺好后不能移动，否则会造成很大的误差。 考点一 利用气垫导轨验证动量守恒定律 1．(多选)某同学利用如图所示的光电门和气垫导轨做“验证动量守恒定律”的实验，下列说法正确的是( ) A．滑块的质量用天平测 B．挡光片的宽度用刻度尺测 C．挡光片通过光电门的时间用停表测 D．挡光片通过光电门的时间用打点计时器测 考点二 利用斜槽末端小球的碰撞验证动量守恒定律 某同学用如图所示的装置验证动量守恒定律。先将a球从斜槽轨道上某固定点处由静止开始滚下，在水平地面上的记录纸上留下压痕，重复10次；再把同样大小的b球放在斜槽轨道末端水平段的最右端上，让a球仍从固定点由静止开始滚下，和b球相碰后，两球分别落在记录纸的不同位置处，重复10次。 (1)本实验必须测量的物理量有（ ）。 A．斜槽轨道末端距水平地面的高度H B．小球a、b的质量ma、mb C．小球a、b的半径r D．小球a、b离开斜槽轨道末端后平抛飞行的时间t E．记录纸上O点到A、B、C各点的距离 OA、OB、OC F．a球的固定释放点到斜槽轨道末端水平部分间的高度差h (2)放上被碰小球b，两球(ma＞mb)相碰后，小球a、b的落地点依次是图中水平面上的 （ ）点和（ ）点。 (3)某同学在做实验时，测量了过程中的各个物理量，利用上述数据验证碰撞中的动量守恒，那么判断的依据是看ma·OB和ma·OA＋mb·OC在误差允许范围内是否相等。 随堂检测 1．(科学思维命题)如图所示，用“碰撞实验器”可以验证碰撞中的动量守恒。实验时先让质量为m1的入射小球从斜槽轨道上某一固定位置S由静止开始滚下，从轨道末端O点水平抛出，落到与轨道O点连接的倾角为θ的斜面上。再把质量为m2的被碰小球放在斜槽轨道末端，让入射小球仍从位置S由静止滚下，与被碰小球碰撞后，分别与斜面碰撞留下各自的落点痕迹。M、P、N为三个落点的位置。(不考虑小球在斜面上的多次碰撞) (1)实验中，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的。但是，可以通过仅测量（ ） ，间接地解决这个问题。 A．小球开始释放高度h B．斜面的倾角θ C．O点与各落点的距离L (2)以下提供的测量工具中，本实验必须使用的是（ ）。 A．刻度尺 B．天平 C．量角器 D．秒表 (3)关于本实验，下列说法正确的是（ ）。 A．斜槽轨道必须光滑，且入射小球每次释放的初位置相同 B．斜槽轨道末端必须水平 C．为保证入射小球碰后沿原方向运动，应满足入射小球的质量m1等于被碰球的质量m2 ( 第 1 页 共 1 页 ) 学科网（北京）股份有限公司 $$