4.实验：验证动量守恒定律（表格式教学设计）物理教科版2019选择性必修第一册

该高中物理教学设计聚焦“验证动量守恒定律”实验，通过回顾气垫导轨碰撞实验引出新课题，引导学生设计多种实验方案，搭建从理论探究到实践验证的学习支架，衔接前后知识脉络。 资料突出科学探究与科学思维，学生小组设计斜槽平抛、气垫导轨等方案，运用等效替代思想将速度测量转化为水平位移测量，多次实验取平均落点培养严谨态度。助力学生深化物理观念，提升探究能力，为教师提供可操作的实验教学范例与分层练习资源。

第4节 验证动量守恒定律 年级 高二年级 学科 物理 教师 课题 第4节 实验：验证动量守恒定律 教学 目标 物理观念 通过实验验证动量守恒定律，加深对动量概念及动量守恒定律适用条件的理解。 科学思维 在进行验证实验的过程中，体会模型建构的思想方法和等效替代的物理思想。 科学探究 通过小组讨论、设计多个实验方案来验证动量守恒定律，学会从原理、器材、信息收集技术、信息处理方法等各方面来构思实验方案，经历将实际情境转换成解决问题的物理情境过程，提高学生的实验设计能力、动手能力和科学探究能力。 科学态度 与责任 坚持实事求是的科学态度，在合作过程中既能坚持观点又能积极修正错误，感受科学实验的严谨。在实验过程中，引导学生如实记录实验数据，并能客观地对待所读取的实验数据，培养学生严肃、认真、实事求是的科学态度和科学精神。 教学 重难点 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.创造系统满足动量守恒的条件(重点)。 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)。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 教师：在本章第1节，我们利用气垫导轨进行碰撞实验，探究出碰撞前后系统动量变化遵循的规律。除此之外，我们还可以设计什么样的实验装置进行碰撞实验，进而验证动量守恒定律呢？ 学生思考问题。 新课讲授 一、实验原理 教师：什么情境才能既满足动量守恒的条件，又比较容易地实现？ 学生：碰撞过程——内力远大于外力，符合动量守恒的近似守恒条件。 教师：怎样才算是验证了动量守恒定律？ 学生：确定研究对象，通过实验测量两个碰撞物体的质量(m1、m2)及碰撞前后的速度(v1、v1′、v2、v2′)，根据动量守恒，应满足m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′。 教师：如何设计实验方案测出各物体的速度？ 学生：可以用研究抛体运动的实验装置进行碰撞实验;气垫导轨进行碰撞实验；单摆摆球碰撞实验等。 师生：初步方案： 1．实验器材：斜槽轨道、半径相等质量不等的两小球、白纸、复写纸、铅垂线、天平、毫米刻度尺、圆规等。 2．实验设计：如图所示，让一个质量较大的小球(入射小球)从斜槽上滚下来，与放在斜槽水平末端的另一质量较小、大小相同的小球(被碰小球)发生碰撞，之后两小球都做平抛运动。 学生思考并回答问题。 学生与教师一起，确定实验初步方案。 新课讲授 二、实验步骤 师生：动手实验： 1．取两个大小相同的小球，测出它们的质量m1、m2 2．按右图所示安装好实验装置并使斜槽末端水平 3．在地上铺一张白纸，在白纸上铺放复写纸，在白纸上记下重垂线所指的位置O，它表示两小球做平抛运动的初始位置的水平投影。 4．先不放被碰小球，让入射小球从斜槽上某一高度处静止滚下，重复10次。 5．用圆规画一个尽可能小的圆，把所有的小球落点圈在里面，圆心就是入射小球发生直接平抛的落地点 P。 6．把被碰小球放在斜槽的末端，让入射小球从同一高度由静止滚下，使它们发生正碰，重复10次，仿照上一步骤得到入射小球落地点的平均位置M和被碰小球落地点的平均位置N。 7．用刻度尺量出线段 OM、OP、ON 的长度。 学生辅助教师进行实验演示。 新课讲授 三、实验分析 教师：求出m1·OP和m1·OM＋m2·ON的值，在误差允许范围内，若两者相等，则验证了动量守恒定律。 教师：怎样减小偶然性？ 学生：1.斜槽末端必须水平 2.入射小球的质量m1必须大于被碰小球 的质量m2 3.斜槽轨道不必光滑 4.不必测量斜槽到地面的高度 5.不必测量入射小球出发点的高度 6.入射小球每次由静止释放的位置必须相同 学生结合数据分析，并回答问题。 新课讲授 四、其他方案 教师：除此之外，我们还可以设计什么样的实验装置进行碰撞实验，进而验证动量守恒定律呢？ 学生：测质量方法：天平、电子称、弹簧测力计、传感器…… 测速度方法：打点计时器、光电门、频闪照相、动能定理…… 如图所示： 学生积极讨论，想出合理可行的其他方案。 课 堂 练 习 1.某实验小组的同学们用图甲装置做验证动量守恒定律实验，即研究两个小球碰撞前、后的动量关系。 (1)实验中，直接测定小球碰撞前、后的速度是不容易的。同学们经过分析讨论，发现________________，因此可以用水平位移间接地来代替小球碰撞前、后的速度。 (2)图甲中O点是小球抛出点在水平地面上的垂直投影点。实验时，先将入射球A(质量为m1)多次从斜轨上S位置由静止释放，找到其平均落地点的位置P(图中未画出)，测量水平位移x1；然后把被碰小球B(质量为m2)静置于轨道的水平末端，再将入射小球A从斜轨上S位置由静止释放，与小球B相撞，找到A、B相碰后各自平均落地点的位置，并分别测量其水平位移x2、x3。多次重复本实验步骤，以减小实验误差。 (3)同学们在实验中正确操作，认真测量，得出的落点情况如图乙所示。通过分析可知，落点P为图乙中的位置________(填“1”“2”或“3”)，若两球相碰前、后的动量守恒，则m1∶m2＝________。 答案　(1)小球做平抛运动的时间相同　(3)2　6∶1 解析　(1)小球离开轨道后做平抛运动，由于抛出点的高度相等，小球做平抛运动的时间相等；小球做平抛运动的水平位移与初速度成正比，可以用水平位移间接地来代替小球碰撞前、后的速度。 (3)根据实验操作可知，入射小球未发生碰撞时落在位置2。 设入射小球未发生碰撞时的平抛初速度为v0，发生碰撞后入射小球的平抛初速度为v1，被碰小球的平抛初速度为v2，由动量守恒定律有 m1v0＝m1v1＋m2v2 可得m1v0t＝m1v1t＋m2v2t 则有m1x1＝m1x2＋m2x3 代入数据可得m1∶m2＝x3∶(x1－x2)＝55.68∶(44.48－35.20)＝6∶1。 2.在验证动量守恒定律的实验研究过程中： 小明用“碰撞实验器”验证动量守恒定律，实验装置如图甲所示，研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。O是小球抛出时球心在地面上的垂直投影点，实验时，小明先让入射小球m1多次从斜轨上S位置由静止释放，找到其落地点的平均位置P，测量平抛的水平位移OP。然后把被碰小球m2静置于水平轨道的末端，再将入射小球m1从斜轨上S位置由静止释放，与小球m2相撞，多次重复实验，找到两小球落地的平均位置M、N。 (1)图乙是小球m2的多次落点痕迹，由此可确定其落点的平均位置对应的读数为________cm。 (2)下列器材选取或实验操作符合实验要求的是________。 A．选用两球的质量应满足m1>m2 B．可选用半径不同的两小球 C．小球m1每次必须从斜轨同一位置释放 D．需用秒表测量小球在空中飞行的时间 (3)在某次实验中，测量出两小球的质量分别为m1、m2，三个落点的平均位置与O点的距离分别为OM、OP、ON。在实验误差允许范围内，若满足关系式________________________，即验证了碰撞前后两小球组成的系统动量守恒。(用测量的物理量表示) 答案　(1)55.50　(2)AC　(3)m1·OP＝m1·OM＋m2·ON　(4)均匀　max2＝(ma＋mb)x4 解析　(1)确定小球落点平均位置的方法：用尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面，圆心就是小球落点的平均位置，根据题图乙可得小球m2落点的平均位置对应的读数为55.50 cm。 (2)为了保证入射小球不反弹，入射小球的质量应满足m1>m2，故A正确；为保证两小球发生碰撞时球心在同一水平线上，应选用半径相同的两小球，故B错误；为保证入射小球每一次发生碰撞前瞬间的速度都相同，每次入射小球m1必须从同一位置释放，故C正确；小球在空中做平抛运动的时间是相等的，所以不需用秒表测量小球在空中飞行的时间，故D错误。 (3)本实验需要验证m1v1＝m1v2＋m2v3 由于小球离开轨道后做平抛运动，它们抛出点的高度相等，在空中运动的时间t相等，上式两边同时乘以t得m1v1t＝m1v2t＋m2v3t 即在实验误差允许范围内，若满足关系式 m1·OP＝m1·OM＋m2·ON 即验证了碰撞前后两小球组成的系统动量守恒。 课 堂 小 结 动量守恒定律是自然界的基本守恒定律之一,在高中物理教学中具有重要的地位。本节课主要是引导学生在初步掌握动量守恒定律的基础上,利用已有的知识进行实验设计、实验观察实验分析。学生以小组为单位自主设计实验方案,评价讨论实验方案,修正改进自己的实验方案,在此过程中,帮助学生深刻地理解了动量守恒定律的适用范围和内容。之后,学生小组完成实验操作,亲自动手逐渐揭开现象背后的本质,利用等效思想等验证了动量守恒定律。 板 书 设 计 第4节 实验：验证动量守恒定律 一、实验原理：验证m1·OP与m1·OM＋m2·ON 二、实验步骤： 三、实验分析： 四、其他方案： 作业 布置 1.完成教材课后作业：“自我评价”。 2.配套分层作业。 教学反思 本节课在学生理论推导出动量守恒定律后,再从实验的角度进行验证。本节课的实验方案是由学生自己讨论出来的,学生参考本节前面的学习内容,进行知识整合,思考出碰撞小球、气垫导轨、平抛模型三种实验方案。再通过在班级进行分享,小组间互相评价,不断修改完善自己的实验方案,最终进行气垫导轨和平抛模型两种实验操作,收集实验数据,总结得出结论。通过本节课的教学,达到了让学生在实践中提升认知,在实践中感悟担当,并学会创新,掌握了理论结合实验的科学方法,从“做”中“学”会的教学目的。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $