1.4 实验：验证动量守恒定律 学案-2025-2026学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

第一章 动量守恒定律 4 实验：验证动量守恒定律 【学习目标】 1．能够依据动量守恒的条件,控制实验中系统外力矢量和近似为0。 2．结合已有知识合理设计验证动量守恒定律的实验方案。 3．能用物理术语、图表等表达实验的探究过程与结论。 【学习重难点】 重点：设计实验方案和开展实验探究。 难点：减小实验误差，优化实验数据。 课本导练 在1.1我们分别探究了三种实验方法，利用这些实验方法我们要怎么研究动量守恒定律？是否还有其他的实验方法？我们都需要测量哪些物理量？ 展示讨论 小组讨论课本导练内容，并完成下列问题讨论且进行展示 1．如图甲，长木板的一端垫有小木块，可以微调木板的倾斜程度，以平衡摩擦力，使小车能在木板上做匀速直线运动。小车 前端贴有橡皮泥，后端连一打点计时器纸带，接通打点计时器电源后，让小车 以某速度做匀速直线运动，与置于木板上静止的小车 相碰并粘在一起，继续做匀速直线运动。打点计时器电源频率为 ，得到的纸带如图乙所示，已将各计数点之间的距离标在图上。 （1）图中的数据有 、 、 、 四段，计算小车 碰撞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？ （2）若小车 的质量为 ，小车 的质量为 ，根据纸带数据，碰前两小车的总动量是多少？碰后两小车的总动量是多少？ 点评点拨 一、利用气垫导轨验证动量守恒定律 1．实验器材 气垫导轨、光电计时器、天平、带挡光片的滑块（两个）、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥、弹簧、细线等． 2．实验原理 利用气垫导轨来减小摩擦力，用天平测出两滑块的质量，用光电计时器测量滑块碰撞前后的速度，计算碰撞前后的总动量，比较其是否守恒． 3．实验方法 （1）在两个滑块相互碰撞的端面装上弹性碰撞架（如图甲所示），滑块碰撞后随即分开，可以得到能量损失很小的碰撞． （2）在两个滑块的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥（如图乙所示），碰撞时撞针插入橡皮泥中，使两个滑块连成一体运动，这样可以得到能量损失很大的碰撞． （3）使两个滑块靠近并用弹簧连接，压缩弹簧并用细线固定（如图丙所示），使它们静止．烧断细线，弹簧弹开后落下，两个滑块由静止向相反方向运动． 4．数据测量 （1）质量的测量：利用天平测两个滑块的质量． （2）速度的测量：利用光电计时器测量滑块碰撞前后的速度． 例1． 图甲是验证动量守恒定律的装置，气垫导轨上安装了1、2两个光电门，两滑块上均固定一相同的竖直遮光条。 （1）实验前，接通气源后，在导轨上轻放一个滑块，给滑块初速度，使它从轨道左端向右运动，发现滑块通过光电门1的时间小于通过光电门2的时间。为使导轨水平，可调节Q使轨道右端____（选填“升高”或“降低”）一些； （2）测出滑块A和遮光条的总质量为 ，滑块B和遮光条的总质量为 。将滑块A静置于两光电门之间，将滑块B静置于光电门2右侧，推动B，使其获得水平向左的速度，经过光电门2并与A发生碰撞且被弹回，再次经过光电门2。光电门2先后记录的挡光时间为 、 ，光电门1记录的挡光时间为 。小明想用上述物理量验证该碰撞过程动量守恒，则他要验证的关系式是______； （3）小徐猜想该碰撞还是弹性碰撞，他用了一个只包含 、 和 的关系式来验证自己的猜想，则他要验证的关系式是______。 二、利用平抛运动验证动量守恒定律 1．实验器材 斜槽、小球（两个）、天平、刻度尺、铅垂线、复写纸、白纸、圆规． 2．实验步骤 （1）用天平分别测出半径相同的两小球的质量 、 并选定质量大的小球为入射小球． （2）安装实验装置，调整固定斜槽使斜槽底端水平，如图1所示． （3）白纸在下，复写纸在上且在适当位置铺放好．记下铅垂线所指的位置O． （4）先不放被撞小球，让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下，重复10次．用圆规画尽量小的圆把小球所有的落点圈在里面．圆心P就是小球落点的平均位置． （5）把被撞小球放在斜槽末端，让入射小球从斜槽同一高度自由滚下，使它们发生碰撞，重复实验10次．用步骤（4）中的方法得到碰后入射小球落点的平均位置M和被撞小球落点的平均位置N．如图所示． （6）测量线段OP、OM、ON的长度，将测量数据填入表中，看在误差允许的范围内 是否成立． 3．实验注意事项 （1）斜槽末端必须水平． （2）入射小球的质量应大于被碰小球的质量． （3）入射小球每次都必须从斜槽上同一位置由静止开始滚下． （4）入射小球的半径应等于被碰小球的半径． （5）两小球碰撞时，球心应在同一水平面上（发生正碰）． （6）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． 例2． 如图所示，某同学用“碰撞实验器”验证动量守恒定律。 (1)实验中，下列物理量需要测量的为_____（填选项前的符号）。 A．小球开始释放的高度h B．小球抛出点距地面的高度H C．小球做平抛运动的射程 、 、 (2)入射球A的质量为 ，被碰球B的质量为 ，为完成实验需要 ______ （选填“＞”、“＜”“＝”）。 (3)若要两球相碰前后的动量守恒，则应验证的表达式可表示为____（用 、 、 、 、 表示）。 (4)该同学处理实验数据时发现，A、B间碰撞不是弹性碰撞，以下哪些表达式能支持该同学的结论____。 A． B． C． D． 小结小测 一、课堂小结 二、课堂小测 实验题． 某同学用气垫导轨探究两滑块碰撞过程中的动量是否守恒，实验装置如图甲所示. （1）实验的基本操作如下： a、用游标卡尺测量挡光片的宽度d如图乙所示，则d=____cm，在滑块上安装挡光片，用天平分别测量滑块A和滑块B的质量为m1、m2； b、调节气垫导轨底部的调节旋钮，给导轨充气后，把滑块A轻放在导轨上，若滑块A_______（选填“向左滑动”“向右滑动”或“保持静止”），说明气垫导轨已调节好； c、给导轨充气后，轻推滑块A给它一个向右的初速度，滑块A通过光电门1后与粘有橡皮泥的滑块B碰撞，碰后两滑块粘在一起通过光电门2；数字毫秒计记录下滑块A上的挡光片通过光电门1、2的挡光时间分别为 、 ，滑块A在与滑块B碰撞前的速度大小为_______ （用题中所给的物理量符号表示）； d、利用上述测量数据进行验证，若满足关系式_______，则说明两滑块碰撞过程中动量守恒（用题中所给的物理量符号表示）. （2）若某同学重复进行了多次实验，结果总是碰撞前滑块A的动量小于碰撞后两滑块的总动量，出现这一结果的原因可能是________. 【参考答案】 课本导练 展示讨论 1．【答案】 （1）BC段计算碰前速度；DE段计算碰后速度；（2）0.685kg•m/s；0.684kg•m/s 点评点拨 例1．【答案】 降低； ； 例2．【答案】 (1)C，(2)＞，(3) ，(4)D 小结小测 二、课堂小测 实验题．【答案】 （1）1.14 保持静止 ；（2）导轨不水平，其左端高于右端 学科网（北京）股份有限公司 $