高中物理 第二册验证碰撞中的动量守恒教案 人教版

用心 爱心 专心 1 实验一 验证碰撞中的动量守恒实验一 验证碰撞中的动量守恒 一 一 实验目标实验目标 1 研究碰撞 对心正碰 中的动量守恒 2 培养学生的动手实验能力和探索精神 二 二 实验器材实验器材 斜槽轨道 或 J2135 1 型碰撞实验器 入射小球 m1和被碰小球 m2 天平 附砝码一套 游标卡尺 毫米刻度尺 白纸 复写纸 圆规 小铅锤 点拨 选球时应保证入射球质量 m1大于被碰小球质量 m2 即 m1 m2 避免两球落点 太近而难找落地点 避免入射球反弹的可能 通常入射球选钢球 被碰小球选有机玻璃球或 硬胶木球 球的半径要保证 r1 r2 r1 r2为入射球 被碰小球半径 因两球重心等高 使碰撞前后 入射钢球能恰好由螺钉支柱顶部掠过而不相碰 以免影响球的运动 三 实验原理实验原理 由于入射球和被碰小球碰撞前后均由同一高度飞出做平抛运动 飞行时间相等 若取飞行 时间为单位时间 则可用相等时间内的水平位移之比代替水平速度之比 点拨 如图所示 根据平抛运动性质 入射球碰撞前后的速 度分别为 v1 t OP v1 t OM 被碰小球碰后速度为 v2 t NO t OOON 被碰小球碰撞前后的时间仅由下落高度决定 两球下落高度相 同 时间相同 所以水平速度可以用水平位移数值表示 如图所示 v1用 OP 表示 v 1用 OM 表示 v 2用 O N 表示 其中 O 为入射球抛射点在水平纸面上的投影 由槽口吊铅锤线确定 O 为被碰小球抛射点在水平纸面上的投影 显然明确上述表示方法 是实验成功的关键 于是 上述动量关系可表示为 m1 OP m1 OM m2 ON 2r 通过实验验证该结论是否 成立 四 四 实验步骤实验步骤 1 将斜槽固定在桌边使末端点的切线水平 2 让入射球落地后在地板上合适的位置铺上白纸并在相应的位置铺上复写纸 3 用小铅锤把斜槽末端即入射球的重心投影到白纸上 O 点 m1 m2 PM N 0 用心 爱心 专心 2 4 不放被碰小球时 让入射小球 10 次都从斜槽同一高度由阻止开始滚下落 在复写纸上 用圆规找出落点的平均位置 P 点 5 把入射球放在槽口末端露出一半 调节支柱螺柱 使被碰小球与入射球重心 等高且接触好 然后让入射球在同一高度滚下与被碰小球碰 10 次 用圆规找出入射球 和碰小球的平均位置 M N 6 用天平测出两个球的质量记入下表 游标卡尺测出入射球和被碰小球的半径 r1和 r2 在 ON 上取 OO 2 r 即为被碰小球抛出点投影 用刻度尺测出其长度 记录入 表内 7 改变入射球的高度 重复上述实验步骤 再做一次 点拨 重做实验时 斜槽 地板上白纸的位置要始终保持不变 入射球的高度要适宜 过高会使水平速度偏大 致使落地点超越原地白纸 过低会使碰撞前后速度偏小 使落地点 彼此靠近分不清 测量两球的水平位移分度不大 五 五 实验记录实验记录 入射球 r1 m m1 kg 被碰球 r2 m m2 kg 入射球 m1 被碰球 m2 实验次数 碰前平 抛水平 距离 OP m 碰后平 抛水平 距离 OM m 碰后平抛水 平距离 OM O N m m1 与 m2碰 前总动量 m1 OP m1 与 m2碰后总动量 m1 OM m2 ON 2r 1 2 3 六 实验注意事项六 实验注意事项 点拨 表格中每一次实验数据均指两球碰撞 10 次所取的平均值 不要误解为只碰一次 易混点 入射球的平抛坐标原点 O 与上一个实验 研究平抛物体的运动 的坐标原点 O 确定方法混淆 易错点 两球碰撞前后的速度值是哪一段对应的水平位移数值表示分辩不清 用心 爱心 专心 3 易忘点 碰撞成功的条件 m1 m2 落地点要取多次的平均位置 七 实验结论七 实验结论 从实验表格中的数据计算表明 在误差范围内入射球 m1 和被碰小球 m2 碰撞前后 水平方向的总动量守恒 即 m1 OP m1 OM m2 ON 2r 八 思考题八 思考题 1 实验中采用的两个小球的质量分别是 m1 m2 且 m1 m2 两小球的半径对应为 r1 r2 且 r1 r2 斜槽轨道的摩擦可忽略不计 本实验应怎样做 2 实验中发现碰撞后系统 m1 m2 水平方向的总动量小于碰撞前系统水平方向的总 动量 请分析误差来源 可能性分析 a 被碰小球被碰时难免受到支球螺柱的摩擦力 支球柱质量虽小 碰时 得到一些动量 b 难做到准确的正碰 难得到准确的平抛 c O O P M N 各点定位不准确 d 测量和作图有偏差 e 仪器和重复实验操作不一定一致 如入射球每次不是从同一高度下落 斜槽或白纸位 置发生变动 3 你能设计出更好的实验装置 尽量减小实验误差 来完成该实验吗 4 在验证动量守恒定律的实验中 必须要求的条件是 轨道是光滑的 轨道末端的切线是水平的 1 和 2 的球心在碰撞的瞬间在同一高度 碰撞的瞬间 1 和 2 球心连线与轨道末端的切线平行 每次 1 都要从同一高度静止滚下 5 在验证动量守恒定律的实验中 必须测量的量有 小球的质量 1 和 2 小球的半径 r 桌面到地面的高 度 小球 1 的起始高度 小球从抛出到落地的时间 小球 1 未碰撞 飞出的水平距离 小球 1和 2 碰撞后飞出的水平