资源简介

学习内容：《 1.4验证动量守恒定律 》 总第_____课时
课标核心素养要求 能通过实验验证动量守恒定律
学习目标 能通过实验验证一维碰撞情况下系统的动量守恒
学习重点 实验验证一维碰撞情况下系统的动量守恒
学习过程 教学笔记
【自主学习】 思考：（1）验证动量守恒实验中那些物体组成了要研究的系统？ 如何创造实验条件，使系统所受外力矢量和近似为零？ 需要测量那些物理量？如何进行验证？ 【合作学习·难点探究】 任务一、会研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 指导： (1)质量的测量：用天平测量. (2)速度的测量：v＝ Δx/ Δt ，式中的Δx为滑块上挡光板的宽度 ，Δt 为数字计时显示器显示的滑块上的挡光板经过光电门的时间. (3)碰撞情景的实现：如图所示，利用弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥设计各种类型的碰撞，利用在滑块上加重物的方法改变碰撞物体的质量. (4)器材：气垫导轨、数字计时器、滑块(带挡光板)两个、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥、天平. 【例1】某同学利用气垫导轨做“验证动量守恒定律”的实验，气垫导轨装置如图所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架、光电门等组成. (1)下面是实验的主要步骤： ①安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平； ②向气垫导轨通入压缩空气； ③接通数字计时器； ④把滑块2静止放在气垫导轨的中间；
⑤滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳； ⑥释放滑块1，滑块1通过光电门1后与左侧带有固定弹簧(未画出)的滑块2碰撞，碰后滑块2和滑块1依次通过光电门2，两滑块通过光电门2后依次被制动； ⑦读出滑块通过光电门的挡光时间分别为：滑块1通过光电门1的挡光时间Δt1＝10.01 ms，通过光电门2的挡光时间Δt2＝49.99 ms，滑块2通过光电门2的挡光时间Δt3＝8.35 ms； ⑧测出挡光板的宽度d＝5 mm，测得滑块1的质量为m1＝300 g，滑块2(包括弹簧)的质量为m2＝200 g. (2)数据处理与实验结论： ①实验中气垫导轨的作用是： A._____________________；B.______________________. ②碰撞前滑块1的速度v1为__________ m/s；碰撞后滑块1的速度v2为__________ m/s；碰撞后滑块2的速度v3为__________ m/s；(结果均保留两位有效数字) ③碰撞前系统的总动量为m1v1＝________. 碰撞后系统的总动量为m1v2＋m2v3＝________. 由此可得实验结论：__________________________________. 任务二、会验证斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 指导： 1、(1)用天平测出两小球的质量，并选定质量大的小球为入射小球。 (2)按照如图所示安装实验装置，调整固定斜槽使斜槽末端切线水平。 (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)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所有的小球落点圈在里面，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)的方法，标出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)连接ON，测量线段OP、OM、ON的长度。将测量数据填入自制的表中。计算m1OP及m1OM＋m2ON，看在误差允许的范围内是否相等。 2、本实验方案需要注意的事项 (1)入射小球的质量m1大于被碰小球的质量m2(m1>m2). (2)入射小球半径等于被碰小球半径. (3)入射小球每次必须从斜槽上同一高度处由静止滚下. (4)斜槽末端的切线方向水平. (5)为了减小误差，需要找到不放被碰小球及放被碰小球时小球落点的平均位置.为此，需要让入射小球从同一高度多次滚下，进行多次实验. 【例2】“验证碰撞中的动量守恒”实验装置如图所示，让质量为m1的小球A从斜槽上的某一位置自由滚下，与静止在支柱上大小相等、质量为m2的小球B发生碰撞.(球A运动到水平槽末端时刚好与B球发生碰撞) (1)安装轨道时，要求轨道末端___________ (2)两小球的质量应满足m1_____m2. (3)实验中还应测量的物理量是________. A.两小球的质量m1和m2 B.小球A的初始高度h C.轨道末端切线离地面的高度H D.两小球平抛运动的时间t E.球A单独滚下时的落地点P与O点的距离sOP F.碰后A、B两小球的落地点M、N与O点的距离sOM和sON (4)若碰撞中动量守恒，根据图中各点间的距离，下列式子可能成立的是_____
(6)若碰撞过程无机械能损失，除动量守恒外，还需满足的关系式是____________________________.(用所测物理量的符号表示) 【达标训练·限时检测】 1、利用如图所示的装置做“验证动量守恒定律”的实验，质量为mA的钢球A用细线悬挂于O点，质量为mB的钢球B放在离地面高度为H的小支柱N上.O点到A球球心的距离为L.使悬线在A球释放前伸直，且线与竖直方向的夹角为α，A球释放后摆动到最低点时恰与B球正碰，碰撞后，A球把轻质指示针OC推移到与竖直方向夹角为β处，B球落到地面上，地面上铺一张盖有复写纸的白纸D.保持α角度不变，多次重复上述实验，白纸上记录了多个B球的落点，重力加速度为g.(悬线长远大于小球半径) (1)图中x应是B球初始位置到_______________的水平距离. (2)为了验证动量守恒，应测得的物理量有__________________________. (3)用测得的物理量表示(vA为A球与B球刚要相碰前A球的速度，vA′为A球与B球刚相碰后A球的速度，vB′为A球与B球刚相碰后B球的速度)： mAvA＝__________________； mAvA′＝__________________； mBvB′＝__________. 2、现利用图(a)所示的装置“验证动量守恒定律”.在图(a)中，气垫导轨上有A、B两个滑块，滑块A右侧带有一弹簧片，左侧与穿过打点计时器(图中未画出)的纸带相连；滑块B左侧也带有一弹簧片，上面固定一遮光片，数字计时器(未完全画出)可以记录遮光片通过光电门的时间. 实验测得滑块A的质量m1＝0.310 kg，滑块B的质量m2＝0.108 kg，遮光片的宽度d＝1.00 cm；打点计时器所用交变电流的频率f＝50.0 Hz.
将光电门固定在滑块B的右侧，启动打点计时器，给滑块A一向右的初速度，使它与B相碰.碰后数字计时器显示的时间为ΔtB＝3.500 ms，碰撞前后打出的纸带如图(b)所示. 若实验允许的相对误差绝对值( 碰撞前后总动量之差/碰前总动量 ×100% )最大为5%， 本实验是否在误差允许范围内验证了动量守恒定律？写出运算过程. 【反思总结】 答案 【例1】①A.大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差. B.保证两个滑块的碰撞是一维的. ②0.50米/秒 0.10米/秒 0.60米/秒 ③系统碰撞之前m1v1＝0.15 kg·m/s， 系统碰撞之后m1v2＋m2v3＝0.15 kg·m/s. 通过实验结果，可得结论：在实验误差允许的范围内，两滑块相互作用的过程，系统的动量守恒 【例2】答案：（1）切线水平 （2）> （3）AEF （4）B （5）m1sOP2＝m1sOM2＋m2(sON－d)2. 【达标训练·限时检测】 1、（1）B球平均落点（2）mA、mB、α、β、H、L、x （3） 2、答案：1.6%<5%本实验在误差允许的范围内验证了动量守恒定律.

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