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

第四节 实验：验证动量守恒定律 一 、教材分析 本节内容从逻辑上讲其实应该是第三节内容的延续，是在学生完成对动量守恒定律理论推导基础上的进一步实验验证。 课标要求：通过理论推导和实验，理解动量守恒定律，能够用其解释生产生活中的有关现象。知道动量守恒定律的普适性。 二、学情分析 学生在第1节通过教师演示实验已经认识到了碰撞中存在不变量，就是动量。第3节时又进一步从理论上推导出了碰撞过程中存在的动量守恒关系，对动量守恒定律有了初步的认识。此外，学生通过必修课程的学习，已经储备了丰富的运动与相互作用关系的认识，具备了一定的实验设计和实验操作能力。 三、教学目标 1、学生能够根据理论推导得到的动量守恒定律关系，设计出合理的验证动量守恒定律的实验方案； 2、学生能够根据自己设计的方案，选择合理的实验器材，完成相应的实验操作，获得实验数据并对数据进行分析，形成结论； 3、学生能够完成内容相对完整的实验报告，用文字、物理符号、图表等形式展示实验过程； 4、学生能够实事求是地认识自己的实验过程，分析存在的问题，提出改进措施。 四、教学重难点 教学重难点： 验证动量守恒定律实验方案的设计和实验数据分析。 五、教学过程 环节一：明确实验目的与原理 一、实验目的 验证动量守恒定律。 二、实验原理 在一维碰撞中，测出物体的质量m和碰撞前、后物体的速度v、v′，找出碰撞前的动量p＝m1v1＋m2v2及碰撞后的动量p′＝m1v1′＋m2v2′，看碰撞前、后动量是否守恒。 问题1：动量守恒定律的适用条件是什么？ 问题2：在现实生活中，或者说在实验室中，我们很难排除接触面摩擦力的作用，是不是就没有办法做验证动量守恒定律的实验？ 问题3：如何尽可能减小接触面摩擦力的影响？你打算怎样设计方案？ 问题4：你设计的实验中哪些物体组成了要研究的系统？ 问题5：你认为你设计的实验方案中有哪些好的想法？ 问题6：听了其他同学的设计方案，你认为你的方案有需要改进的地方吗？ 环节二：设计实验方案 可能的实验方案（很多样） 方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 气垫导轨 碰撞滑块 光电门 L 导轨水平 挡光条 1.实验器材：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块（两个）、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等。 2.实验原理（很简单） （1）质量的测量：天平称量出滑块质量m1，m2 （2）速度的测量： 利用公式 测出碰前m1的速度v1和碰后m1的速度v1´和m2的速度v2´ Δx—遮光条宽度 Δt—遮光条经过光电门的时间 （3）利用加重物来改变滑块的质量 （4）不同碰撞情况的实现： 一个运动滑块撞击静止滑块。 （mAv+mB·0=mA·0+mBv）两者交换速度， 两个静止滑块被弹簧片弹开，一个向左，一个向右 0=mAv-mBv 运动滑块撞击静止滑块，撞后两者粘在一起。mAv=(mA+mB)v共 mA=mB 弹性碰撞 非弹性碰撞 弹性碰撞 弹性碰撞架 3.实验步骤（很好记） (4)使两滑块依次发生上图三种碰撞情况，计算滑块碰撞前后的速度。 (1)用天平测量两滑块的质量m1、m2，填入预先设计好的表格中。 (2)安装光电门，使两个光电门之间的距离约为50cm。 (6)整理实验仪器，数据处理，寻找守恒量。 (5)改变滑块质量，重复步骤(4)。 (3)导轨通气后，调节气垫导轨水平，使滑块在气垫导轨上保持不动或。 1.实验之前需要将气垫导轨调节水平； 注意事项 2.实验时应该确保发生的是一维碰撞； 3.测量挡光片的宽度时应尽量减小误差； 方案二：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 铁架台、斜槽、大小相同质量不同的小球两个、重垂线一条、白纸、复写纸、天平、刻度尺、圆规、三角板。 1.实验器材： h 斜槽末端切向水平 为防止A球反弹， m1＞m2 落点确定： P M N O m1 m2 实验原理 圆心即为小球平均落点 测出碰撞前后各球落点到O间的距离xOP、xOM、xON， 各球空中运动时间均相同，设为Δ t，可得速度为 测出小球落点的水平距离可根据平抛运动的规律计算出小球的水平初速度。 本实验设计思想巧妙之处在于用长度测量代替速度测量。——转换思想 m1OP＝m1OM＋m2ON 1. 先用天平称量出两个小球的质量mA、mB。 3. 在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸。 2. 安装好实验装置，注意使实验器的斜槽末端点的切线水平。 4. 在白纸上记下重垂线所指的位置 O，它表示入射小球 mA碰撞前球心的竖直投影点。 实验步骤 5. 先不放被碰小球，让入射小球从斜槽上同一位置处静止滚下，重复 10 次，用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面，圆心就是入射小球不碰撞时的落地点。 圆心即为小球平均落点 实验步骤 6. 把被碰小球放在斜槽轨道末端，让入射小球从同一位置静止滚下，使它们发生正碰，重复 10 次，同理求出入射小球落点的平均位置 M 和被碰小球落点的平均位置N。 7. 用刻度尺测出线段 OM、OP、ON 的长度，把两小球的质量和相应的水平位移数值代入m1OP＝m1OM＋m2ON，看等式是否成立。 实验步骤 1.斜槽末端要切线要水平； 2.每次小球下滑要从同一位置处由静止释放； 3.要保证对心碰撞，两球必须半径相同，质量不同（如铁球碰铝球）； 4. 小球的诸多落点要用用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落点都圈在里面，该小圆的圆心即为小球的平均落点 ； 注意事项 5. 用m1OP＝m1OM＋m2ON验证时，两小球的质量和水平位移不能错位 各物体落点唯一被确定：最近的落点为入射球碰后落点；最远落点为被碰球落点；中间的为入射球无碰撞落点 。 （碰撞后速度要符合物理情景，碰后未反向，后减前增，且V后＜V前） 更多思路 环节四、选择方案，完成实验 环节五、巩固练习 1、用如图4所示装置研究两个半径相同的小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。图5中O点是小球抛出点在地面上的竖直投影。实验时先让a球多次从斜槽上某一固定位置C由静止释放，其平均落地点的位置为P。再把b球放在水平轨道末端，将a球仍从位置C由静止释放，a球和b球碰撞后，分别在白纸上留下各自的落点痕迹，重复操作多次，其平均落地点的位置为M、N。测量出a、b两个小球的质量分别为m1、m2（m1>m2），OM、OP、ON的长度分别为x1、x2、x3。 ①在实验误差允许范围内，若满足关系式____________________________（用所测物理量的字母表示），则可以认为两球碰撞前后的动量守恒。 ②换用不同材质的小球再次进行上述实验，计算得出 若碰撞过程满足动量守恒，请分析说明两球碰撞过程机械能是否守恒_____。 【答案】 ①. m1x2= m1x1+ m2x3 ②. 不守恒 【解析】 [1]小球在空中运动的时间为t，若满足动量守恒定律有 得 [2]碰撞前后系统总动能分别为 故可得 根据动量守恒关系式 结合 整理得 由于 故 可知两球碰撞过程机械能不守恒。 六、教学反思与建议 1、教学中要引导学生充分认识到本节课与第三节内容的整体性关系，坚持从整体上去认识整个学习过程。 2、要特别注重实验方案的设计环节。 3、要重视对转换思想的认识。 谢 谢 聆 听！ $$