1.4 验证动量守恒定律学案 -2022-2023学年高二上学期物理人教版2019选择性必修第一册

高二物理学案课题：验证动量守恒定律★学习要求★1.明确验证动量守恒定律的基本思路。2.会根据器材和实验目的设计实验方案。3.知道实验数据的处理方法。★自主探究★方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞过程的动量守恒实验过程:（1）测质量:用测出两滑块的质量。（2）安装器材:将气垫导轨放置在水平桌面上，并调整气垫导轨，将光电计时器固定在气垫导轨的两端位置。（3）实验操作:接通电源、用配套的数字计时器测出两滑块各种情况下碰撞前后的速度。情况1:改变滑块的质量。情况2:改变滑块初速度的大小和方向。情况3:在两滑块上安装撞针和橡皮泥。情况4:在两滑块间放置压缩的弹簧，并用细线系住两小车。（4）滑块速度的测量：，（设滑块上挡光片的宽度为d，数字计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门的时间为Δt）。(5）验证的表达式：m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′。方案二：利用平抛运动的装置验证两小球碰撞过程动量守恒实验器材：斜槽,大小相等、质量不同的小钢球两个,重垂线一条,白纸,复写纸,天平一台,刻度尺,圆规。实验过程：1.先用测出两小球质量m1、m2。2.按图示安装好实验装置,将斜槽固定在桌边,使槽的末端的切线,调整实验装置使两小球碰时处于同一水平高度,且碰撞瞬间入射小球与被碰小球的球心连线和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,在白纸上铺复写纸。4.在白纸上记下重垂线所指的位置O。5.先不放被碰小球,让入射小球从斜槽上同一高度处由静止滚下,重复10次,用圆规画尽可能小的圆把所有的落点圈在里面,圆心看作入射小球不发生碰撞,仅做平抛运动的落地点P。6.把被碰小球放在斜槽的末端,让入射小球从滚下,使它们发生正碰,重复10次,仿步骤5求出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方程式m1·OP=m1·OM+m2·ON中,看是否成立。9.整理实验器材并放回原处。注意事项（1）“水平”和“正碰”是操作中应尽量予以满足的前提条件。（2）测定两小球速度的方法，是以它们做平抛运动的水平位移代表相应的速度。（3）斜槽末端必须水平，检验方法是将小球放在水平轨道上任何位置，看其能否都保持静止状态。（4）入射球的质量应大于被碰球的质量。（5）入射球每次都必须从斜槽上同一位置由静止滚下，方法是在斜槽上的适当高度处固定一挡板，小球靠近挡板后释放小球。（6）式中相同的量取相同的单位即可。★典型例题★例1．在用气垫导轨做“验证动量守恒定律”实验时，左侧滑块质量m1＝170g，右侧滑块质量m2＝110g，挡光片宽度d＝3.00cm，两滑块之间有一压缩的弹簧片，并用细线连在一起，如图所示。开始时两滑块静止，烧断细线后，两滑块分别向左、右方向运动。挡光片通过光电门的时间分别为Δt1＝0.32s，Δt2＝0.21s。则两滑块的速度大小分别为v1′＝________m/s，v2′＝________m/s(保留三位有效数字)。烧断细线前m1v1＋m2v2＝________kg·m/s，烧断细线后m1v1′＋m2v2′＝________kg·m/s。可得到的结论是__________________________。(取向左为速度的正方向)例2：某同学用图示装置验证动量守恒定律。斜槽与水平槽平滑连接，通过位于水平槽右端的铅垂线，在白纸上记录位置O，测得大小相同的两小球A、B质量分别为m1、m2，实验时先不放B球，使A球多次从斜槽上某一固定点S由静止滚下，找到其在记录纸上平均落点位置P。再把球放置于水平槽右端边缘处，仍让A球多次从S处由静止滚下，找到A球和B球碰撞后分别在记录纸上的平均落点位置M、N。用刻度尺测得各落点到O点的距离为OM、OP、ON。(1)要使实验顺利进行，两球质量需满足的条件是：m1________m2。(填“>”“＝”或“<”)(2)实验中，________(填“需要”或“不需要”)测量水平槽右端与O点之间的高度H；________(填“需要”或“不需要”)用秒表测小球做平抛运动的时间t。(3)若A、B两球碰撞前后动量守恒，其表达式为________(用题给物理量符号表示）例3．如图所示，用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。(1)实验中直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的，但可以通过仅测量________(填选项前的符号)间接地解决这个问题。A．小球开始释放高度hB．小球抛出点距地面的高度HC．小球做平抛运动的射程(2)图中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影。实验时，先让入射球m1多次从斜轨上S位置静止释放，找到其平均落地点的位置P，测量平抛射程OP。然后，把被碰小球m2静置于轨道的水平部分，再将入射球m1从斜轨上S位置静止释放，与小球m2相碰，并多次重复。接下来要完成的必要步骤是________。(填选项前的符号)A．用天平测量两个小球的质量m1、m2B．测量小球m1开始释放高度hC．测量抛出点距地面的高度HD．分别找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、NE．测量平抛射程OM、ON(3)经测定，m1＝45.0g，m2＝7.5g，小球落地点的平均位置距O点的距离如图所示。碰撞前后m1的动量分别为p1与p1′，则p1∶p1′＝________∶11；若碰撞结束时m2的动量为p2′，则p1′∶p2′＝11∶________。实验结果说明，碰撞前后总动量的比值eq\f(p1,p1′＋p2′)＝________。★针对性练习★1．在“验证动量守恒定律”的实验中，已有的实验器材有：斜槽轨道，大小相等质量不同的小钢球两个，重锤线一条，白纸，复写纸，圆规。实验装置及实验中小球运动轨迹及落点的情况简图如图所示。试根据实验要求完成下列填空：(1)实验前，轨道的调节应注意______________________________________；(2)实验中重复多次让a球从斜槽上释放，应特别注意______________________；(3)实验中还缺少的测量器材有______________________________________；(4)实验中需要测量的物理量是____________________________________；(5)若该碰撞过程中动量守恒，则一定有关系式____________________成立。2．如图甲所示，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从斜槽同一高度由静止滚下，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＝m2B．m1>m2C．m1<m2(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由静止滚下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m2B．两小球的半径r1和r2C．桌面离地的高度HD．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，碰撞前小球m1的速度为v1，碰撞后小球m1、m2的速度分别为v1′、v2′，两球落点情况如图乙所示，则碰撞前后有________。A．m1veq\o\al(2,1)＝m1v1′2＋m2v2′2B．eq\f(m1,m2)＝eq\f(v1′,m1)＋eq\f(v2′,m2)C．m1v1＝m1v1′＋m2v2′D．m1v1＝m2v2′3．完成教材第20页练习与应用第1题4．如图所示的装置是“冲击摆”，摆锤的质量很大，子弹以初速度v0从水平方向射入摆中并留在其中，随摆锤一起摆动。(1)子弹射入摆锤后，与摆锤一起从最低位置摆至最高位置的过程中，________守恒。要得到子弹和摆锤一起运动的初速度v，还需要测量的物理量有________。A．子弹的质量mB．摆锤的质量MC．冲击摆的摆长lD．摆锤摆动时摆线的最大摆角θ(2)用问题(1)中测量的物理量得出子弹和摆锤一起运动的初速度v＝________________。(3)通过表达式________________，即可验证子弹与摆锤作用过程中满足动量守恒定律。(用已知量和测量量的符号m、M、v、v0表示)5．用如图所示的装置来验证动量守恒定律。滑块在气垫导轨上运动时阻力不计，其上方挡光条到达光电门D(或E)，计时器开始计时；挡光条到达光电门C(或F)，计时器停止计时。实验主要步骤如下：a．用天平分别测出滑块A、B的质量mA、mB；b．给气垫导轨通气并调整使其水平；c．调节光电门，使其位置合适，测出光电门C、D间的水平距离L；d．A、B之间压紧一轻弹簧(与A、B不粘连)，并用细线拴住，如图静置于