2020_2021学年新教材高中物理第一章动量守恒定律4实验:验证动量守恒定律教案2新人教版选择性必修第一册.doc

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1、优选实验:验证动量守恒定律【教学目标】1.掌握动量守恒定律适用X围。2.会用实验验证动量守恒定律。【教学重难点】会用实验验证动量守恒定律。【教学过程】一、实验思路教师:两个物体在发生碰撞时,作用时间很短。根据动量定理,它们的相互作用力很大。如果把这两个物体看作一个系统,那么,虽然物体还受到重力、支持力、摩擦力、空气阻力等外力的作用,但是有些力的矢量和为0,有些力与系统内两物体的相互作用力相比很小。因此,在可以忽略这些外力的情况下,碰撞满足动量守恒定律的条件。问题: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?学生思

2、考,教师总结。我们研究最简单的情况: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。应该尽量创造实验条件,使系统所受外力的矢量和近似为0。二、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。问题:想要验证动量守恒定律,需要测量哪些物理量?学生思考,教师总结:-9-/9优选根据动量的定义,很自然地想到,需要测量物体的质量,以及两个物体发生碰撞前后各自的速度。教师:那么物体的质量我们可以直接用天平测量,物体碰撞前后的速度呢?学生回忆之前我们学习了哪些测量物体速度的方法。最后教师总结可行的方法进行实验的设计。(一)方案一:研究

3、气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒本案例中,我们利用气垫导轨来减小摩擦力,利用光电计时器测量滑块碰撞前后的速度。实验装置如图所示,可以通过在滑块上添加已知质量的物块来改变碰撞物体的质量。本实验可以研究以下几种情况:①选取两个质量不同的滑块,在两个滑块相互碰撞的端面装上弹性碰撞架,滑块碰撞后随即分开。②在两个滑块的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥,碰撞时撞针插入橡皮泥中,使两个滑块连成一体运动。如果在两个滑块的碰撞端分别贴上尼龙拉扣,碰撞时它们也会连成一体。③-9-/9优选原来连在一起的两个物体,由于相互之间具有排斥的力而分开,这也可视为一种碰撞。这种情况

4、可以通过下面的方式实现。在两个滑块间放置轻质弹簧,挤压两个滑块使弹簧压缩,并用一根细线将两个滑块固定。烧断细线,弹簧弹开后落下,两个滑块由静止向相反方向运动。1.实验步骤:(1)测质量:用天平测出滑块的质量。(2)安装:正确安装好气垫导轨。(3)实验:接通电源,利用配套的光电计时装置测出两滑块各种情况下碰撞前后的速度(①改变滑块的质量;②改变滑块的初速度大小和方向)。(4)验证:一维碰撞中的动量守恒。2.数据处理(1)滑块速度的测量:v=Δx/Δt,式中Δx为滑块挡光片的宽度(仪器说明书上给出,也可直接测量),Δt为数字计时器显示的滑块(挡光片

5、)经过光电门的时间。(2)验证的表达式:m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′(二)方案二:利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律-9-/9优选1.实验步骤:(1)测质量:用天平测出两小球的质量,并选定质量大的小球为入射小球。(2)安装:按照图甲所示安装实验装置,调整固定斜槽使斜槽底端水平。(3)铺纸:白纸在下,复写纸在上且在适当位置铺放好,记下重垂线所指的位置O。(4)放球找点,不放被撞小球,每次让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下,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

6、撞小球放在斜槽末端,每次让入射小球从斜槽同一高度自由滚下,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m1·OP。(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:m1·OP=m1·OM+m2·ON(三)方案三:在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验1.实验器材光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥。2.实验步骤-9-/9优选(1)测质量:用天平测出两小车的质

7、量。(2)安装,将打点计时器固定在光滑长木板的一端,把纸带穿过打点计时器,连在小车的后面,在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥。(3)实验:接通电源,让小车A运动,小车五静止,两车碰撞时撞针插入橡皮泥中,把两小车连接成一体运动。(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:,式中是纸带上两计数点间的距离,可用刻度尺测量,为小车经过的时间,可由打点间隔算出。(2)验证的表达式:m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′4.注意事

8、项(1)前提条件:碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”。(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

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