2020-2021年高中物理 第一章 動(dòng)量守恒定律 4 實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律學(xué)案 新人教版選擇性必修第一冊(cè)

1、2020-2021年高中物理 第一章 動(dòng)量守恒定律 4 實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律學(xué)案 新人教版選擇性必修第一冊(cè)2020-2021年高中物理 第一章 動(dòng)量守恒定律 4 實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律學(xué)案 新人教版選擇性必修第一冊(cè)年級(jí)：姓名：- 8 -實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律目標(biāo)體系構(gòu)建明確目標(biāo)梳理脈絡(luò)【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1掌握驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)思路和實(shí)驗(yàn)方法；明確實(shí)驗(yàn)所需測(cè)量的物理量。2設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律。3通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，進(jìn)一步領(lǐng)會(huì)守恒思想。【思維脈絡(luò)】課前預(yù)習(xí)反饋教材梳理落實(shí)新知知識(shí)點(diǎn) 1實(shí)驗(yàn)思路讓兩個(gè)物體碰撞前沿同一直線運(yùn)動(dòng)，碰撞后仍沿這條直線運(yùn)動(dòng)，創(chuàng)造條件，使系統(tǒng)所

2、受外力的矢量和近似為0，滿足_動(dòng)量守恒_的條件。知識(shí)點(diǎn) 2物理量的測(cè)量研究對(duì)象確定后，還需要明確所需測(cè)量的物理量和實(shí)驗(yàn)器材。需要測(cè)量物體的_質(zhì)量_，以及兩個(gè)物體發(fā)生碰撞前后各自的_速度_。物體的質(zhì)量可用_天平_直接測(cè)量。知識(shí)點(diǎn) 3數(shù)據(jù)分析選取質(zhì)量不同的兩個(gè)物體進(jìn)行碰撞，測(cè)出物體的質(zhì)量(m1，m2)和碰撞前后的速度(v1，v1，v2，v2)，若滿足m1v1m2v2_m1v1m2v2_，則驗(yàn)證了碰撞前后總_動(dòng)量_守恒。知識(shí)點(diǎn) 4參考案例方案一：研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒1實(shí)驗(yàn)器材：氣墊導(dǎo)軌、_光電計(jì)時(shí)器_、天平、_滑塊_(兩個(gè))、彈簧片、細(xì)繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥等。2實(shí)驗(yàn)原理：

3、(1)調(diào)整導(dǎo)軌使之處于_水平_狀態(tài)，并使光電計(jì)時(shí)器系統(tǒng)正常工作。(2)速度的測(cè)量：記錄光電門擋光片的寬度x以及光電計(jì)時(shí)器顯示的擋光時(shí)間t，利用公式v_計(jì)算出兩滑塊碰撞前后的速度。方案二：研究斜槽末端小球碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒1實(shí)驗(yàn)器材：鐵架臺(tái)，斜槽軌道，兩個(gè)大小相等、質(zhì)量_不_同的小球，重垂線，復(fù)寫紙，白紙，_天平_，_刻度尺_(dá)，圓規(guī)，三角板等。2實(shí)驗(yàn)的基本思想轉(zhuǎn)化法：不易測(cè)量量轉(zhuǎn)化為易測(cè)量量的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想。3實(shí)驗(yàn)原理：(1)讓一個(gè)質(zhì)量較大的小球從斜槽上滾下，與放在斜槽末端的另一質(zhì)量較小的小球發(fā)生碰撞，之后兩小球都做_平拋_運(yùn)動(dòng)。(2)速度的測(cè)量：由于兩小球下落的高度相同，所以它們的飛行時(shí)間_相等_

4、。如果用小球的飛行時(shí)間作時(shí)間單位，那么小球飛出的水平距離在數(shù)值上就等于它的水平_速度_。課內(nèi)互動(dòng)探究細(xì)研深究破疑解難探究研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒1實(shí)驗(yàn)裝置：如圖所示。2物理量的測(cè)量(1)滑塊的質(zhì)量用天平直接測(cè)量。(2)速度的測(cè)量：v，式中的x為滑塊上擋光板的寬度，t為光電計(jì)時(shí)器記錄的滑塊上的擋光板經(jīng)過光電門的時(shí)間。3碰撞情境的實(shí)現(xiàn)利用輕質(zhì)彈簧、細(xì)線、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥等設(shè)計(jì)各種類型的碰撞，通過在滑塊上添加已知質(zhì)量的物塊來改變碰撞物體的質(zhì)量。(1)情境1：質(zhì)量不同的兩滑塊，一靜一動(dòng)碰撞；(2)情境2：兩滑塊追碰、相向碰，碰撞后分開；(3)情境3：兩滑塊擠壓彈簧后用細(xì)線連接，

5、燒斷細(xì)線后兩滑塊分開；(4)情境4：兩滑塊碰撞后，撞針插入橡皮泥中，使滑塊連成一體。4數(shù)據(jù)記錄與處理(1)規(guī)定正方向，碰撞前后速度的方向與正方向相同為正，相反為負(fù)。(2)通過計(jì)算碰撞前后的總動(dòng)量，檢驗(yàn)是否滿足動(dòng)量守恒定律。典例剖析_典例1氣墊導(dǎo)軌是常用的一種實(shí)驗(yàn)儀器，它是利用氣泵使帶孔的導(dǎo)軌與滑塊之間形成氣墊，使滑塊懸浮在導(dǎo)軌上，滑塊在導(dǎo)軌上的運(yùn)動(dòng)可視為沒有摩擦。我們可以用帶豎直擋板c和d的氣墊導(dǎo)軌以及滑塊a和b來驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示(彈簧的長(zhǎng)度忽略不計(jì))。實(shí)驗(yàn)步驟如下：a用天平分別測(cè)出滑塊a、b的質(zhì)量ma、mb；b調(diào)整氣墊導(dǎo)軌，使導(dǎo)軌處于水平；c將a、b靜止放置在氣墊導(dǎo)軌上，在

6、a和b間放入一個(gè)被壓縮的輕質(zhì)彈簧，用電動(dòng)卡銷鎖定；d用刻度尺測(cè)出滑塊a的左端至擋板c的距離l1；e按下電鈕放開卡銷，同時(shí)使分別記錄滑塊a、b運(yùn)動(dòng)時(shí)間的計(jì)時(shí)器開始工作，當(dāng)a、b滑塊分別碰撞c、d擋板時(shí)停止計(jì)時(shí)，記下滑塊a、b分別到達(dá)擋板c、d的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t1和t2。(1)實(shí)驗(yàn)中還應(yīng)測(cè)量的物理量是_滑塊b的右端到擋板d的距離l2_。(2)利用上述測(cè)量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的表達(dá)式是_mamb_，上式中算得a、b兩滑塊的動(dòng)量大小并不完全相等，產(chǎn)生誤差的原因是：_氣墊導(dǎo)軌可能不水平導(dǎo)致誤差_；_滑塊受到阻力作用而導(dǎo)致誤差_。解析：(1)為了驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，需要測(cè)出滑塊b運(yùn)動(dòng)的速度，所以需要測(cè)量滑

7、塊b的右端到擋板d的距離l2。(2)兩滑塊動(dòng)量守恒，滿足mavambvb滑塊脫離彈簧后在導(dǎo)軌上做勻速直線運(yùn)動(dòng)va，vb代入解得需要滿足的表達(dá)式為mamb氣墊導(dǎo)軌可能不水平導(dǎo)致誤差；滑塊受到阻力作用而導(dǎo)致誤差。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練_1某同學(xué)利用氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行“研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒”實(shí)驗(yàn)，如圖所示，其中圖甲中兩滑塊相互碰撞的端面上分別裝有彈性碰撞架，圖乙中兩滑塊的碰撞端分別裝有撞針和橡皮泥。(1)分別用甲、乙兩圖的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，碰撞時(shí)圖_甲_所示的裝置動(dòng)能損失得較小。(2)某次實(shí)驗(yàn)時(shí)使圖乙中a、b滑塊勻速相向滑動(dòng)并發(fā)生碰撞，測(cè)得碰撞前a、b的速度大小分別為va2 m/s，vb4 m/s，碰后a

8、、b以共同的速度v0.8 m/s運(yùn)動(dòng)，方向與碰撞前a的運(yùn)動(dòng)方向相同，a、b的質(zhì)量分別用ma、mb表示，以碰撞前a的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)檎较?，則驗(yàn)證此過程中動(dòng)量守恒的表達(dá)式為_2ma4mb0.8(mamb)_；若表達(dá)式成立，則mamb_41_。解析：(1)題圖乙中兩滑塊碰撞后會(huì)連成一體，動(dòng)能損失較大。(2)由題意知，mavambvb(mamb)v，代入數(shù)據(jù)得2ma4mb0.8(mamb)，解得mamb41。探究研究斜槽末端小球碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒1測(cè)質(zhì)量：用天平測(cè)出兩個(gè)小球的質(zhì)量，并選質(zhì)量大的小球?yàn)槿肷湫∏颉?實(shí)驗(yàn)裝置：將斜槽安裝在水平桌面上，并調(diào)整斜槽使其末端水平，在地面上鋪上白紙，上面再鋪好復(fù)寫紙，記下

9、重垂線所指的位置o。3實(shí)驗(yàn)操作：(1)不放被撞小球，讓入射小球從斜槽上某固定位置處自由滾下。重復(fù)10次，用圓規(guī)畫盡量小的圓把所有的小球落點(diǎn)圈在里面，圓心p就是小球落點(diǎn)的平均位置。(2)把被撞小球放在斜槽末端，讓入射小球從斜槽固定位置處自由滾下，使它們發(fā)生碰撞，重復(fù)10次，用中的方法，標(biāo)出入射小球發(fā)生碰撞后落點(diǎn)的平均位置m和被撞小球落點(diǎn)的平均位置n。(3)連接o、n。測(cè)量線段op、om、on的長(zhǎng)度，將測(cè)量數(shù)據(jù)代入公式m1opm1omm2on，看在誤差允許的范圍內(nèi)是否成立，如成立，則碰撞前后動(dòng)量守恒。4注意事項(xiàng)(1)“水平”和“正碰”是操作中應(yīng)盡量予以滿足的前提條件。(2)斜槽末端必須水平。(3)

10、入射球的質(zhì)量應(yīng)大于被碰球的質(zhì)量。(4)入射球每次都必須從斜槽上同一位置由靜止開始滾下。典例剖析_典例2 如圖所示，斜槽末端水平，小球m1從斜槽某一高度由靜止?jié)L下，落到水平面上的p點(diǎn)。今在槽口末端放一與m1半徑相同的球m2，仍讓球m1從斜槽同一高度滾下，并與球m2正碰后使兩球落地，球m1和m2的落地點(diǎn)分別是m、n。已知槽口末端在白紙上的投影位置為o點(diǎn)。則：(1)兩小球質(zhì)量的關(guān)系應(yīng)滿足_b_。am1m2bm1m2cm1m2，故選b。(2)為保證兩球從同一高度做平拋運(yùn)動(dòng)，實(shí)驗(yàn)中要求斜槽軌道末端的切線要調(diào)成水平。為保證實(shí)驗(yàn)有較好的可重復(fù)性以減小誤差，實(shí)驗(yàn)中要求入射球每次從同一高度滾下。本實(shí)驗(yàn)是探究碰撞

11、前后物理量的變化情況，故不需要斜槽軌道必須光滑，故選a、c、d。(3)本實(shí)驗(yàn)必須測(cè)量的是兩小球質(zhì)量m1和m2，入射球m1單獨(dú)飛出的水平距離和兩小球m1和m2相碰后各自飛出的水平距離。因小球脫離軌道口后做的是相同高度的平拋運(yùn)動(dòng)，因此兩球碰后落地時(shí)間相等，兩小球水平分運(yùn)動(dòng)的時(shí)間也相等，故可以利用水平距離的測(cè)量代替速度的測(cè)量，所以不需要測(cè)量桌面離地的高度及兩小球碰后落地的時(shí)間。故選a、f、g。(4)設(shè)m13m，m22m，則v1 m/s，m1v1v1 m/s，m1v1v20，v2 m/s，m2v2m1v1m2v2。所以m1v1m1v1m2v2，故碰撞前后動(dòng)量守恒。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練_2某同學(xué)把兩塊大小不同的木塊用細(xì)線連接，中間夾一被壓縮了的輕彈簧，如圖所示。將這一系統(tǒng)置于光滑的水平桌面上，燒斷細(xì)線，觀察木塊的運(yùn)動(dòng)情況，進(jìn)行必要的測(cè)量，探究系統(tǒng)的動(dòng)量是否守恒。(1)實(shí)驗(yàn)還必須有的器材是_刻度尺、天平、重垂線_；(2)需直接測(cè)量的數(shù)據(jù)是_兩木塊的質(zhì)量m1和m2，兩木塊落地點(diǎn)到桌面邊緣的水平距離s1和s2