选择性必修 第一册4 实验：验证动量守恒定律优质导学案

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【学习目标】
1.能依据已有知识合理设计实验方案。
2.能合理地选择实验器材，获得实验数据，分析实验数据，形成结论。
3.能撰写实验报告，用学过的物理术语、图表等交流本实验的探究过程与结论。
4.坚持实事求是，在合作中既能坚持观，点又能修正错误。
【学习重难点】
1.教学重点：分析处理实验数据，根据实验数据验证动量守恒定律。
2.教学难点：设计验证动量守恒定律的实验方案。
【知识回顾】
一、 相互作用的两个物体的动量改变
1．建构碰撞模型：
如图中在光滑水平桌面上做匀速运动的两个物体A，B，当B追上A时发生碰撞。碰撞后A、B的速度分别是v′1和v′2。碰撞过程中A所受B对它的作用力是F1，B所受A对它的作用力是F2。碰撞时，两物体之间力的作用时间 ，用Δt表示。
2．推导过程：
(1)以物体A为研究对象，根据动量定理，物体A动量的变化量等于它所受作用力F1的冲量，即
F1Δt＝ ①
(2)以物体B为研究对象，物体B动量的变化量等于它所受作用力F2的冲量，即
F2Δt＝ ②
(3)根据牛顿第三定律可知两个物体碰撞过程中的每个时刻相互作用力F1与F2大小相等、方向相反，故有F1＝－F2。③
(4)整理①②③得
m1v′1＋m2v′2＝ 。
3．归纳总结
两个物体碰撞后的动量之和 碰撞前的动量之和。
二、动量守恒定律
1．系统、内力和外力
(1)系统
相互作用的两个或几个物体组成一个力学 。
(2)内力
系统 物体间的相互作用力。
(3)外力
系统 的物体对系统 的物体的作用力。
2．动量守恒定律
(1)内容
如果一个系统不受 ，或者所受 的矢量和为零，这个系统的总动量保持不变。
(2)表达式
对两个物体组成的系统，常写成：
p1＋p2＝ 或m1v1＋m2v2＝
(3)适用条件
系统不受 或者所受 之和为零。
三、动量守恒定律的普适性
动量守恒定律是一个独立的实验规律，它适用于目前为止物理学研究的 领域。
【自主预习】
一、实验思路
让两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿这条直线运动，创造条件，使系统所受外力的矢量和近似为0，满足 的条件。
物理量的测量
研究对象确定后，还需要明确所需测量的物理量和实验器材。需要测量物体的__ __，以及两个物体发生碰撞前后各自的__ _。物体的质量可用__ _直接测量。
三、数据分析
选取质量不同的两个物体进行碰撞，测出物体的质量(m1，m2)和碰撞前后的速度(v1，v′1，v2，v2′)，若满足m1v1＋m2v2＝__ __，则验证了碰撞前后总__ __守恒。
【课堂探究】
【新课导入】
1.系统动量守恒的条件是什么？
2.系统满足动量守恒定律的公式是什么？
上一节课我们分别通过动量定理和牛顿运动定律两个不同的角度，理论上证明了动量守恒定律，那么我们如何通过实验来加以验证呢？
【新课教学】
任务一、实验思路
问题：生活中什么样的过程可以尽可能的满足动量守恒的条件？
任务二、物理量的测量
根据动量守恒定律的表达式：m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'，实验中我们需要测量哪些物理量？
2.如何测两个物体的质量？
3.如何测量物体碰撞前后的速度？根据你所学以往知识能说出几种？
任务三、数据分析
利用碰撞进行验证动量守恒定律时，在数据分析上会存在哪些困难，我们如何设计实验才能方便数据分析？
任务四、方案设计
方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
实验器材：
请根据以下两个问题设计实验方案：
（1）如何调整使系统合外力为0？
（2）实验得到什么样的结果说明系统动量守恒？
实验步骤：
实验数据记录与处理
如何进行设计分析得出什么样的结论？
实验结论：
注意事项
利用该实验进行实验时，应怎样注意哪些事项？
方案二：用平抛演示仪装置验证动量守恒定律
实验器材：
图4
请根据以下两个问题设计实验方案：
（1）该实验动量守恒的条件是什么？
（2）实验得到什么样的结果说明系统动量守恒？
实验步骤
实验数据记录与处理
如何进行设计分析得出什么样的结论？
实验结论
结论:
注意事项
利用该实验进行实验时，应怎样注意哪些事项？
方案三：单摆测速验证动量守恒
图6
请根据以下两个问题设计实验方案：
（1）该实验动量守恒的条件是什么？
（2）实验得到什么样的结果说明系统动量守恒？
实验步骤
实验数据记录与处理
如何进行设计分析得出什么样的结论？
实验结论：碰撞前两小球的动量之和等于碰撞后两小球的动量之和。
方案四：用打点计时器验证动量守恒
实验器材
请根据以下两个问题设计实验方案：
（1）如何调节使该实验装置动量守恒？
（2）实验得到什么样的结果说明系统动量守恒？
实验步骤
实验数据记录与处理
如何进行设计分析得出什么样的结论？
实验结论
在实验误差允许范围内，碰撞前后两个小车的动量守恒。
【自我测评】
1.气垫导轨是常用的一种实验仪器，它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫，使滑块悬浮在导轨上，滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦。我们可以用带竖直挡板C和D的气垫导轨以及滑块A和B来验证动量守恒定律，实验装置如图所示(弹簧的长度忽略不计)。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，使导轨处于水平；
c．将A、B静止放置在气垫导轨上，在A和B间放入一个被压缩的轻质弹簧，用电动卡销锁定；
d．用刻度尺测出滑块A的左端至挡板C的距离L1；
e．按下电钮放开卡销，同时使分别记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作，当A、B滑块分别碰撞C、D挡板时停止计时，记下滑块A、B分别到达挡板C、D的运动时间t1和t2。
(1)实验中还应测量的物理量是__ __。
(2)利用上述测量的实验数据，验证动量守恒定律的表达式是 ，上式中算得A、B两滑块的动量大小并不完全相等，产生误差的原因是：
①__ __；
② 。
2.如图所示，斜槽末端水平，小球m1从斜槽某一高度由静止滚下，落到水平面上的P点。今在槽口末端放一与m1半径相同的球m2，仍让球m1从斜槽同一高度滚下，并与球m2正碰后使两球落地，球m1和m2的落地点分别是M、N。已知槽口末端在白纸上的投影位置为O点。则：
(1)两小球质量的关系应满足___。
A．m1＝m2 B．m1>m2
C．m1(2)实验必须满足的条件____
A．轨道末端的切线必须是水平的
B．斜槽轨道必须光滑
C．入射球m1每次必须从同一高度滚下
D．入射球m1和被碰球m2的球心在碰撞瞬间必须在同一高度
(3)实验中必须测量的是____。
A．两小球的质量m1和m2
B．两小球的半径r1和r2
C．桌面离地的高度H
D．小球起始高度
E．从两球相碰到两球落地的时间
F．小球m1单独飞出的水平距离
G．两小球m1和m2相碰后飞出的水平距离
(4)若两小球质量之比为m1∶m2＝3∶2，两球落点情况如下图所示，则碰撞前后动量是否守恒？
【学后反思】本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？