物理选择性必修 第一册实验：验证动量守恒定律学案设计

这是一份物理选择性必修 第一册实验：验证动量守恒定律学案设计，共10页。学案主要包含了本版教材实验理清楚，他版教材实验多融通等内容，欢迎下载使用。
一、本版教材实验理清楚
◉实验目的
1.领会验证动量守恒定律的实验原理。
2.会用不同的方案验证动量守恒定律。
◉实验原理
在一维碰撞中,测出相碰撞两物体的质量m1、m2和碰撞前物体的速度v1、v2及碰撞后物体的速度v1'、v2',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。
◉实验过程
方案(一):利用气垫导轨完成一维碰撞实验
1.实验器材
气垫导轨、数字计时器、天平、带挡光片滑块(两个)、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等。
2.实验步骤
(1)测质量:用天平测出两滑块质量。
(2)安装:正确安装好气垫导轨。
(3)实验:接通电源,利用配套的光电计时装置测出两滑块各种情况下碰撞前后的速度(①改变滑块的质量;②改变滑块的初速度大小和方向)。
(4)验证:一维碰撞中的动量守恒。
3.数据处理
验证的表达式:m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'
方案(二):利用斜槽上滚下的小球完成一维碰撞实验
1.实验器材
斜槽、大小相等质量不同的小球两个、重垂线一条、白纸、复写纸、天平一台、刻度尺、圆规。
2.实验步骤
(1)先用天平测出小球质量m1、m2。
(2)按如图甲所示那样安装好实验装置,将斜槽固定在桌边,使槽的末端点切线水平,调节实验装置使两小球碰时处于同一水平高度,且碰撞瞬间,入射球与被碰球的球心连线与轨道末端的切线平行,以确保正碰后的速度方向水平。
(3)在地上铺一张白纸,在白纸上铺放复写纸。
(4)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。
(5)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,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,仿照步骤(5)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)过O和N在纸上作一直线。
(8)用刻度尺量出线段OM、OP、ON的长度。把两小球的质量和相应的数值代入m1·OP=m1·OM+m2·ON,看看是否成立。
(9)整理实验器材放回原处。
3.数据处理
验证得表达式:m1·OP=m1·OM+m2·ON
◉误差分析

◉注意事项
1.前提条件
碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”。
2.方案提醒
(1)若利用气垫导轨进行实验,调整气垫导轨时,注意利用水平仪确保导轨水平。
(2)若利用斜槽小球碰撞应注意:
①斜槽末端的切线必须水平。
②把被碰小球放在斜槽末端。
③入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放。
④选质量较大的小球作为入射小球。
⑤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。
二、他版教材实验多融通
(一)人教版教材实验方案
[差异解读]
1.小球为半径相同的钢球和玻璃球。
2.斜槽轨道固定在铁架台上,而教科版是固定在桌子上。
(二)粤教版教材实验方案
[差异解读]
1.两小球均为小钢球。
2.靶球放置在支球柱上,而教科版和鲁科版靶球放置在斜槽末端。
3.表达式为:m1OP=m1OM+m2O'N。
命题视角一 实验原理与操作
[典例1] (2024·新课标卷)某同学用如图所示的装置验证动量守恒定律。将斜槽轨道固定在水平桌面上,轨道末段水平,右侧端点在水平木板上的垂直投影为O,木板上叠放着白纸和复写纸。实验时先将小球a从斜槽轨道上Q处由静止释放,a从轨道右端水平飞出后落在木板上;重复多次,测出落点的平均位置P与O点的距离xP。将与a半径相等的小球b置于轨道右侧端点,再将小球a从Q处由静止释放,两球碰撞后均落在木板上;重复多次,分别测出a、b两球落点的平均位置M、N与O点的距离xM、xN。
完成下列填空:
(1)记a、b两球的质量分别为ma、mb,实验中须满足条件ma mb(填“>”或“mb,斜槽轨道末端应水平,使两小球碰撞后做平抛运动。
命题视角二 数据处理和误差分析
[典例2] 在“探究碰撞中的不变量”实验中常会用到气垫导轨,导轨与滑块之间形成空气垫,使滑块在导轨上运动时几乎没有摩擦。现在有滑块A、B和带竖直挡板C、D的气垫导轨,用它们探究碰撞中的不变量,实验装置如图所示(弹簧的长度忽略不计)。
采用的实验步骤如下:
a.用天平分别测出滑块A、B的质量mA、mB;
b.调整气垫导轨使之水平;
c.在A、B间放入一个被压缩的轻弹簧,用电动卡销锁定,静止放置在气垫导轨上;
d.用刻度尺测出A的左端至挡板C的距离L1;
e.按下电钮放开卡销,同时开始计时,当A、B滑块分别碰撞挡板C、D时结束计时,记下A、B分别到达C、D的运动时间t1和t2。
(1)实验中还应测量的物理量及其符号是 。
(2)若取A滑块的运动方向为正方向,则放开卡销前,A、B两滑块质量与速度乘积之和为 ;A、B两滑块与弹簧分离后,质量与速度乘积之和为 。若这两个和相等,则表示该乘积即为“碰撞中的不变量”。
(3)实际实验中,弹簧作用前后,A、B两滑块质量与速度乘积之和并不完全相等,可能产生误差的原因有 。
A.气垫导轨不完全水平
B.滑块A、B的质量不完全相等
C.滑块与导轨间的摩擦力不真正为零
D.质量、距离、时间等数据的测量有误差
听课记录:
[微点拨]
(1)本实验碰撞前后速度大小的测量利用匀速运动的公式v=xt获得。
(2)实验误差存在的主要原因是导轨不水平、存在摩擦力及各物理量的测量。
命题视角三 创新考查角度和创新思维
1.[实验原理的创新]如图所示,OA为一圆弧,其末端切线水平。ABC为一斜面体,圆弧末端恰好与斜面体顶端在A点重合。现借助该装置验证碰撞中的动量守恒。
(1)先不放小球2,让小球1从圆弧上某一适当的位置由静止自由滚下,重复10次,用尽可能小的圆将所有的落点都圈在里面,得到小球1的平均落点;
(2)将小球2静置在A点,让入射小球1继续从相同的位置处由静止自由滚下,在A点与小球2发生碰撞,重复10次,用同样的办法确定它们各自的平均落点(两小球体积相同,且均视为质点);
(3)确定的落点为斜面上的P、M、N三点,其中 点为小球2的落点;
(4)为了验证碰撞中的动量守恒,必须测量的物理量有 ;
A.小球1、2的质量m1、m2
B.斜面倾角θ
C.各落点到A点的距离LAM、LAP、LAN
(5)实验需要验证是否成立的表达式为 (用所测物理量表示)。
2.[数据处理的创新]某同学用如图所示气垫导轨和压力传感器验证动量守恒定律,实验步骤如下:
①用托盘天平测出两滑块的质量m1、m2
②将m2右移,压缩右侧弹簧至一定长度,然后由静止释放m2,使得m2与m1碰撞后反弹
③记录下m2释放时右侧压力传感器初始读数F0和m2与m1碰撞后左侧压力传感器最大示数F1和右侧压力传感器最大示数F2
两侧弹簧的劲度系数都为k,弹簧弹性势能的表达式为Ep=12kx2,其中k、x分别为弹簧的劲度系数和形变量。
(1)在实验之前还需要进行的操作是 。
A.测量弹簧的原长
B.在使用之前将压力传感器调零
C.测出初始时m1、m2到左右两侧压力传感器的距离
D.记录下m1、m2碰撞后至压缩左右两侧压力传感器到最大示数的时间
(2)为使m2与m1碰撞后反弹,需保证m2 m1。(填“>”“=”或“”“