1.4 实验：验证动量守恒定律 学案 高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第一册
文档属性
| 名称 | 1.4 实验：验证动量守恒定律 学案 高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第一册 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 602.5KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-11-29 18:02:28 | ||
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文档简介
1.4实验：验证动量守恒定律
【学习目标】
1．掌握动量守恒定律适用范围。
2．会用实验验证动量守恒定律。
【学习重难点】
会用实验验证动量守恒定律。
【学习过程】
一、实验思路
问题1：我们应该怎样设计实验，使两个碰撞的物体所组成的系统所受外力的矢量和近似为0？
二、物理量的测量
问题2：想要验证动量守恒定律，需要测量哪些物理量？
（一）方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
1．实验步骤：
（1）
____________________________________________。
（2）
____________________________________________。
（3）
_____________________________________________________________。
（4）验证的表达式：__________________________________。
2．数据处理
（1）滑块速度的测量：v＝__________，式中Δx为____________________，Δt为________________________________________。
（2）验证的表达式：________________________________________。
（二）方案二：利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律
1．实验步骤：
（1）
________________________________________。
（2）
________________________________________。
（3）
____________________________________。
（4）放球找点，不放被撞小球，每次让入射小球从斜槽上_____________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F就是小球落点的平均位置。
（5）碰撞找点，把被撞小球放在斜槽末端，每次让入射小球从斜槽_____________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和被撞小球落点的平均位置N，如图所示。
（6）验证：连接N，测量线段OP、OM、ON的长度。将测量数据填入表中。最后代入m1OP
（7）结束：整理好实验器材放回原处。
2．数据处理：
验证的表达式：__________________________________。
（三）方案三：在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验
1．实验器材：
___________________________________________________________。
2．实验步骤
（1）
_______________________________。
（2）
_______________________________。
_________________________________________________________。
（4）测速度：通过纸带上两计数点间的距离及时间由____________算出速度。
（5）改变条件：改变碰撞条件，重复实验。
（6）验证：一维碰撞中的动量守恒。
3．数据处理
（1）小车速度的测量：__________，式中是______________________________，可用刻度尺测量，为______________________________，可由打点间隔算出。
（2）验证的表达式：______________________________。
4．注意事项
（1）前提条件：碰撞的两物体应保证“__________”和“__________”。
（2）若利用“气垫导轨”完成实验，调整气垫导轨时，注意利用水平仪确保导轨水平。
若用“斜槽”完成实验，斜槽末端的切线必须__________，入射小球每次都必须从斜槽____________________由__________释放。
5．误差分析
（1）系统误差：主要来源于装置本身是否符合要求，即：
①碰撞是否为____________________。
②实验是否满足动量守恒的条件：
如气垫导轨是否__________，两球是否__________。
（2）偶然误差：主要来源于质量m和速度v的测量。
（3）改进措施：
①设计方案时应保证碰撞为一维碰撞，且尽量满足动量守恒的条件。
②采取多次测量求平均值的方法减小偶然误差。
【课堂练习】
1．在“验证动量守恒定律”的实验中,入射球每次滚下都应从斜槽上的同一位置无初速释放,这是为了使( )
A．小球每次都能水平飞出槽口
B．小球每次都以相同的速度飞出槽口
C．小球在空中飞行的时间不变
D．小球每次都能对心碰撞
2．某同学使用两个大小相同而质量不等的小球，利用图示装置验证动量守恒定律。将正确的实验操作获得实验中落点痕迹到O点距离、、。A、B小球的质量分别为、，且大于，若两球碰撞动量守恒，则满足（ ）。
A． B．
C． D．
3．在做“碰撞中的动量守恒”实验中，以下操作正确的是（ ）
A．在安装斜槽轨道时，必须使斜槽末端的切线保持水平
B．入射小球沿斜槽下滑过程中，受到与斜槽的摩擦力会影响实验
C．白纸铺到地面上后，实验时整个过程都不能移动，但复写纸不必固定在白纸上
D．复写纸必须要将整张白纸覆盖
4．如图是《物理选修3-5》第十六章第一节中实验“探究碰撞中的不变量”推荐的参考案例一，利用强磁力片模拟小车的碰撞．则下列判断正确的是________
A．利用气垫导轨可以忽略滑块与导轨接触面间的摩擦力，保证两滑块系统外力和为零
B．利用气垫导轨可以很容易保证两个滑块的碰撞是一维的
C．利用光电门可以迅速测量计算得到两个滑块碰撞前后的速度
D．该碰撞过程中，两滑块的动能和不变
5．用气垫导轨探究碰撞中的不变量时，不需要测量的物理量是（ ）
A．滑块的质量
B．挡光的时间
C．光电门与滑块间的距离
D．光电门的高度
6．采用如图所示的实验装置进行验证动量守恒定律（图中小球半径相同、质量均已知，且），下列说法正确的是（ ）
A．实验中要求轨道末端必须保持水平
B．实验中不要求轨道必须光滑
C．验证动量守恒定律，需测量、、和的距离
D．测量时发现点偏离这条直线，直接测量距离不影响实验结果
7．如图甲所示，在光滑的水平轨道上有甲、乙两辆实验小车，甲车系着一条穿过打点计时器的纸带，当甲车受到水平向右的冲量的同时，立即启动打点计时器．甲车运动一段距离后，与静止的乙车发生正碰并粘在一起运动，打出纸带如图所示。
（1）实验测得滑块甲的质量m1＝0.10kg，滑块乙的质量m2＝0.30kg；打点计时器所用交变电流的频率f＝50.0Hz。则碰撞前后甲、乙两物体的总动量分别为______kg·m/s、______kg·m/s（保留三位有效数字）；
（2）实验结论：______。
8．如图所示，气垫导轨是一种常见的物理实验装置，导轨上有很多小孔，气泵送来的压缩空气从小孔喷出，使导轨上的滑块运动时受到的阻力可以忽略不计。在“验证机械能守恒”实验中，研究滑块在无重物牵引下运动时是否满足机械能守恒，则气垫导轨应处于___________（选填“水平”或“倾斜”）状态；在“研究滑块碰撞时的动量是否守恒”实验中，气垫导轨应处于___________（选填“水平”或“倾斜”）状态。
9．在“验证动量守恒定律”的实验中，某同学采用如图所示的“碰撞实验器”来验证动量守恒定律。
（1）实验中必须要求的条件是___________（填选项前的字母）。
A．斜槽轨道尽量光滑以减少误差
B．斜槽轨道末端的切线必须水平
C．入射球和被碰球的质量必须相等，且大小相同
（2）图中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影。实验时，先让入射小球多次从斜槽上S位置由静止释放，找到其落地点的平均位置P，测量平抛射程OP。然后，把被碰小球静置于轨道水平部分的末端，再将入射小球从斜槽上S位置由静止释放，与被碰小球相碰，并多次重复。空气阻力忽略不计。接下来要完成的必要步骤是___________（填选项前的字母）。
A．测量两个小球的质量、
B．测量入射小球开始释放时的高度h
C．测量抛出点距地面高度H
D．分别找到入射小球、被碰小球相碰后落地点的平均位置M、N
E.测量平抛射程OM、ON
（3）若两球相碰前后的动量守恒，则其表达式为___________；若碰撞是弹性碰撞，则还可以写出的表达式为___________。（用上一问中测量的量表示）
10．在探究碰撞中的不变量实验中，利用如图所示的气垫导轨通过闪光照相进行这一实验。
某次实验时碰撞前B滑块静止，A滑块匀速向B滑块运动并发生碰撞，利用闪光照相的方法连续4次拍摄得到的闪光照片如图所示。
已知相邻两次闪光的时间间隔为T，在这4次闪光的过程中，A、B两滑块均在0～80cm范围内，且第1次闪光时，滑块A恰好位于x=10cm处。若A、B两滑块的碰撞时间及闪光持续的时间极短，均可忽略不计，则可知碰撞发生在第1次闪光后的___________时刻，如果碰撞前后质量与速度乘积之和保持不变，则A、B两滑块质量之比mA∶mB=___________。
参考答案：
1．B2．A3．AC4．ABC5．CD6．AB7． 0.200 0.196 在误差允许的范围内，甲乙组成的系统碰撞前后动量守恒8． 倾斜 水平9． B ADE 10． 2.5T 2∶3
【学习目标】
1．掌握动量守恒定律适用范围。
2．会用实验验证动量守恒定律。
【学习重难点】
会用实验验证动量守恒定律。
【学习过程】
一、实验思路
问题1：我们应该怎样设计实验，使两个碰撞的物体所组成的系统所受外力的矢量和近似为0？
二、物理量的测量
问题2：想要验证动量守恒定律，需要测量哪些物理量？
（一）方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
1．实验步骤：
（1）
____________________________________________。
（2）
____________________________________________。
（3）
_____________________________________________________________。
（4）验证的表达式：__________________________________。
2．数据处理
（1）滑块速度的测量：v＝__________，式中Δx为____________________，Δt为________________________________________。
（2）验证的表达式：________________________________________。
（二）方案二：利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律
1．实验步骤：
（1）
________________________________________。
（2）
________________________________________。
（3）
____________________________________。
（4）放球找点，不放被撞小球，每次让入射小球从斜槽上_____________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F就是小球落点的平均位置。
（5）碰撞找点，把被撞小球放在斜槽末端，每次让入射小球从斜槽_____________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和被撞小球落点的平均位置N，如图所示。
（6）验证：连接N，测量线段OP、OM、ON的长度。将测量数据填入表中。最后代入m1OP
（7）结束：整理好实验器材放回原处。
2．数据处理：
验证的表达式：__________________________________。
（三）方案三：在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验
1．实验器材：
___________________________________________________________。
2．实验步骤
（1）
_______________________________。
（2）
_______________________________。
_________________________________________________________。
（4）测速度：通过纸带上两计数点间的距离及时间由____________算出速度。
（5）改变条件：改变碰撞条件，重复实验。
（6）验证：一维碰撞中的动量守恒。
3．数据处理
（1）小车速度的测量：__________，式中是______________________________，可用刻度尺测量，为______________________________，可由打点间隔算出。
（2）验证的表达式：______________________________。
4．注意事项
（1）前提条件：碰撞的两物体应保证“__________”和“__________”。
（2）若利用“气垫导轨”完成实验，调整气垫导轨时，注意利用水平仪确保导轨水平。
若用“斜槽”完成实验，斜槽末端的切线必须__________，入射小球每次都必须从斜槽____________________由__________释放。
5．误差分析
（1）系统误差：主要来源于装置本身是否符合要求，即：
①碰撞是否为____________________。
②实验是否满足动量守恒的条件：
如气垫导轨是否__________，两球是否__________。
（2）偶然误差：主要来源于质量m和速度v的测量。
（3）改进措施：
①设计方案时应保证碰撞为一维碰撞，且尽量满足动量守恒的条件。
②采取多次测量求平均值的方法减小偶然误差。
【课堂练习】
1．在“验证动量守恒定律”的实验中,入射球每次滚下都应从斜槽上的同一位置无初速释放,这是为了使( )
A．小球每次都能水平飞出槽口
B．小球每次都以相同的速度飞出槽口
C．小球在空中飞行的时间不变
D．小球每次都能对心碰撞
2．某同学使用两个大小相同而质量不等的小球，利用图示装置验证动量守恒定律。将正确的实验操作获得实验中落点痕迹到O点距离、、。A、B小球的质量分别为、，且大于，若两球碰撞动量守恒，则满足（ ）。
A． B．
C． D．
3．在做“碰撞中的动量守恒”实验中，以下操作正确的是（ ）
A．在安装斜槽轨道时，必须使斜槽末端的切线保持水平
B．入射小球沿斜槽下滑过程中，受到与斜槽的摩擦力会影响实验
C．白纸铺到地面上后，实验时整个过程都不能移动，但复写纸不必固定在白纸上
D．复写纸必须要将整张白纸覆盖
4．如图是《物理选修3-5》第十六章第一节中实验“探究碰撞中的不变量”推荐的参考案例一，利用强磁力片模拟小车的碰撞．则下列判断正确的是________
A．利用气垫导轨可以忽略滑块与导轨接触面间的摩擦力，保证两滑块系统外力和为零
B．利用气垫导轨可以很容易保证两个滑块的碰撞是一维的
C．利用光电门可以迅速测量计算得到两个滑块碰撞前后的速度
D．该碰撞过程中，两滑块的动能和不变
5．用气垫导轨探究碰撞中的不变量时，不需要测量的物理量是（ ）
A．滑块的质量
B．挡光的时间
C．光电门与滑块间的距离
D．光电门的高度
6．采用如图所示的实验装置进行验证动量守恒定律（图中小球半径相同、质量均已知，且），下列说法正确的是（ ）
A．实验中要求轨道末端必须保持水平
B．实验中不要求轨道必须光滑
C．验证动量守恒定律，需测量、、和的距离
D．测量时发现点偏离这条直线，直接测量距离不影响实验结果
7．如图甲所示，在光滑的水平轨道上有甲、乙两辆实验小车，甲车系着一条穿过打点计时器的纸带，当甲车受到水平向右的冲量的同时，立即启动打点计时器．甲车运动一段距离后，与静止的乙车发生正碰并粘在一起运动，打出纸带如图所示。
（1）实验测得滑块甲的质量m1＝0.10kg，滑块乙的质量m2＝0.30kg；打点计时器所用交变电流的频率f＝50.0Hz。则碰撞前后甲、乙两物体的总动量分别为______kg·m/s、______kg·m/s（保留三位有效数字）；
（2）实验结论：______。
8．如图所示，气垫导轨是一种常见的物理实验装置，导轨上有很多小孔，气泵送来的压缩空气从小孔喷出，使导轨上的滑块运动时受到的阻力可以忽略不计。在“验证机械能守恒”实验中，研究滑块在无重物牵引下运动时是否满足机械能守恒，则气垫导轨应处于___________（选填“水平”或“倾斜”）状态；在“研究滑块碰撞时的动量是否守恒”实验中，气垫导轨应处于___________（选填“水平”或“倾斜”）状态。
9．在“验证动量守恒定律”的实验中，某同学采用如图所示的“碰撞实验器”来验证动量守恒定律。
（1）实验中必须要求的条件是___________（填选项前的字母）。
A．斜槽轨道尽量光滑以减少误差
B．斜槽轨道末端的切线必须水平
C．入射球和被碰球的质量必须相等，且大小相同
（2）图中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影。实验时，先让入射小球多次从斜槽上S位置由静止释放，找到其落地点的平均位置P，测量平抛射程OP。然后，把被碰小球静置于轨道水平部分的末端，再将入射小球从斜槽上S位置由静止释放，与被碰小球相碰，并多次重复。空气阻力忽略不计。接下来要完成的必要步骤是___________（填选项前的字母）。
A．测量两个小球的质量、
B．测量入射小球开始释放时的高度h
C．测量抛出点距地面高度H
D．分别找到入射小球、被碰小球相碰后落地点的平均位置M、N
E.测量平抛射程OM、ON
（3）若两球相碰前后的动量守恒，则其表达式为___________；若碰撞是弹性碰撞，则还可以写出的表达式为___________。（用上一问中测量的量表示）
10．在探究碰撞中的不变量实验中，利用如图所示的气垫导轨通过闪光照相进行这一实验。
某次实验时碰撞前B滑块静止，A滑块匀速向B滑块运动并发生碰撞，利用闪光照相的方法连续4次拍摄得到的闪光照片如图所示。
已知相邻两次闪光的时间间隔为T，在这4次闪光的过程中，A、B两滑块均在0～80cm范围内，且第1次闪光时，滑块A恰好位于x=10cm处。若A、B两滑块的碰撞时间及闪光持续的时间极短，均可忽略不计，则可知碰撞发生在第1次闪光后的___________时刻，如果碰撞前后质量与速度乘积之和保持不变，则A、B两滑块质量之比mA∶mB=___________。
参考答案：
1．B2．A3．AC4．ABC5．CD6．AB7． 0.200 0.196 在误差允许的范围内，甲乙组成的系统碰撞前后动量守恒8． 倾斜 水平9． B ADE 10． 2.5T 2∶3