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1新人教版选择性必修第一册.doc

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1、优选实验：验证动量守恒定律一、实验目的1．明确探究碰撞中的不变量的基本思路．2．探究一维碰撞中的不变量．二、实验原理1．碰撞中的特殊情况——一维碰撞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．2．追寻不变量在一维碰撞的情况下，与物体运动有关的物理量只有物体的质量和物体的速度，设两个物体的质量分别为m1、m2，碰撞前的速度分别为v1、v2，碰撞后的速度分别为v1′、v2′.如果速度与规定的正方向一致，则速度取正值，否则取负值．依据猜想与假设，通过实验探究寻找碰撞前后的不变量，可能是下列的哪些关系？(1)可能是质量与速

2、度的乘积，即m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′.(2)可能是质量与速度的二次方的乘积，即m1v＋m2v＝m1v1′2＋m2v2′2.(3)也许是物体的速度与质量的比值，即＋＝＋.…探究以上各关系式是否成立，关键是准确测量碰撞前后的速度v1、v2、v1′、v2′.因此，利用气垫导轨和与之配套的光电计时装置，可保证两物体碰撞是一维碰撞，并可比较准确地测量出碰撞前后的速度．3．实验方案设计方案一：用气垫导轨完成两个滑块的一维碰撞实验装置如图所示：-12-/12优选(1)质量的测量：用天平测量质量．(2)速度的测量：利用公式

3、v＝，式中Δx为滑块(挡光片)的宽度，Δt为计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门时对应的时间．(3)利用在滑块上增加重物的方法改变碰撞物体的质量．(4)实验方法．①用细线将弹簧压缩，放置于两个滑块之间，并使它们静止，然后烧断细线，弹簧弹开，两个滑块随即向相反方向运动(图甲)．②在两滑块相碰的端面上装上弹性碰撞架(图乙)，可以得到能量损失很小的碰撞．③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，把两个滑块连成一体运动(图丙)，这样可以得到能量损失很大的碰撞．方案二：利用等长悬线悬挂等大小的小球实现一维碰撞实

4、验装置如图所示：(1)质量的测量：用天平测量质量．(2)速度的测量：可以测量小球被拉起的角度，根据机械能守恒定律算出小球碰撞前对应的速度；测量碰撞后两小球分别摆起的对应角度，根据机械能守恒定律算出碰撞后对应的两小球的速度．(3)不同碰撞情况的实现：用贴胶布的方法增大两小球碰撞时的能量损失．方案三：利用小车在光滑长木板上碰撞另一辆静止的小车实现一维碰撞实验装置如图所示：(1)质量的测量：用天平测量质量．-12-/12优选(2)速度的测量：v＝，式中Δx是纸带上两计数点间的距离，可用刻度尺测量．Δt为小车经过Δx所用的时间，可由

5、打点间隔算出．这个方案适合探究碰撞后两物体结合为一体的情况．(3)碰撞的实现：两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥．三、实验器材方案一：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个)、弹簧、细线、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等．方案二：带细线的摆球(两个)、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等．方案三：光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥等．四、实验步骤不论采用哪种方案，实验过程均可按实验方案合理安排，参考步骤如下：1．用天平测量相关碰撞物体的质量m1、m2.2．安装实验装置．3．使物体发生一维碰撞．4．

6、测量或读出碰撞前后相关的物理量，计算对应的速度．5．改变碰撞条件，重复步骤3、4.6．进行数据处理，通过分析比较，找出碰撞中的“不变量”．7．整理器材，结束实验．五、数据处理将实验中测得的物理量填入下表，填表时需注意物体碰撞后运动的速度与原来的方向相反的情况．碰撞前碰撞后质量m/kgm1m2m1m2速度v/(m·s－1)v1v2v1′v2′-12-/12优选mv/(kg·m·s－1)m1v1＋m2v2m1v1′＋m2v2′mv2/(kg·m2·s－2)m1v＋m2vm1v1′2＋m2v2′2/(m·s－1·kg－1)＋＋实验

7、得出的结论六、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)碰撞是否为一维碰撞．(2)实验中是否合理控制实验条件，如气垫导轨是否水平，两球是否等大，长木板实验是否平衡摩擦力．2．偶然误差：主要来源于对质量m和速度v的测量．七、注意事项1.前提条件：碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”．2.方案提醒：(1)若利用气垫导轨进行实验，调整气垫导轨时，注意利用水平仪确保导轨水平．(2)若利用摆球进行实验，两小球静止时球心应在同一水平线上，且刚好接触，摆线竖直，将小球拉起后，两条摆线应在同一竖直平面内．(3)若利用长

8、木板进行实验，可在长木板的一端下垫一小木片用以平衡摩擦力．3.探究结论：寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不改变.-12-/12优选实验探究1　实验原理与操作【例1】　某同学利用气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”的实验，气垫导轨装置如图所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架、光电门等组