高二物理人教版（2019）選擇性必修第一冊（全國）1.4 實驗：驗證動量守恒定律 導學案

1.4實驗：驗證動量守恒定律【學習目標】1．掌握動量守恒定律適用條件。2．會用實驗驗證動量守恒定律，掌握碰撞前后的速度的測量方法3.掌握實驗數(shù)據(jù)處理的方法【開啟新探索】如何通過實驗驗證動量守恒定律？【質疑提升1】實驗思路我們可以創(chuàng)設怎樣的符合動量守恒定律的情景？并說明哪些物體構成了動量守恒的系統(tǒng)？該系統(tǒng)如何滿足動量守恒的條件？為驗證動量守恒定律，設定的情景中，需要測量哪些物理量？又需要哪些器材？結合測量的物理量，驗證動量守恒定律的表達式？【質疑提升2】參考案例11.閱讀課本P17，理解驗證動量守恒定律的情景、系統(tǒng)、如何滿足系統(tǒng)動量守恒條件及所需物理量的測量方法？【質疑提升3】參考案例2閱讀課本P18，理解驗證動量守恒定律的情景、系統(tǒng)、如何滿足系統(tǒng)動量守恒條件及所需物理量的測量方法？【學以致用】某同學利用氣墊導軌做“驗證動量守恒定律”的實驗，氣墊導軌裝置如圖所示，所用的氣墊導軌裝置由導軌、滑塊、彈簧架、光電門等組成．實驗時，將氣墊導軌調節(jié)水平并接通兩個光電計時器，然后充氣，把滑塊2靜止放在氣墊導軌的中間，讓滑塊1通過彈射架運動起來去碰撞滑塊2．實驗結果如下：滑塊1通過光電門1的擋光時間為，反彈后再次通過光電門1的擋光時間為；滑塊2通過光電門2的擋光時間為．測出擋光片的寬度為,測得滑塊1（包括撞針）的質量為，滑塊2（包括彈簧）質量．以下問題中，最終的計算結果均保留一位有效數(shù)字:（1）氣墊導軌的作用是___減少摩擦、保證一維碰撞____________________________________;（2）兩滑塊組成的系統(tǒng)碰撞前的總動量為_____kg·m/s，碰撞后的總動量為_____kg·m/s。2．如圖為實驗室常用的氣墊導軌探究碰撞過程中的不變量的裝置。兩帶有等寬遮光條的滑塊A和B，質量分別為mA、mB，在A、B間用細線水平壓住一輕彈簧，將其置于氣墊導軌上。（1）調節(jié)導軌使其能實現(xiàn)自由靜止，這是表明__________________________________；（2）燒斷細線，滑塊A、B被彈簧彈開，光電門C、D記錄下兩遮光條通過的時間分別為tA和tB，若有關系式_______________，則說明該實驗碰撞前后質量與速度的乘積守恒。3．用半徑相同的兩小球A、B的碰撞驗證動量守恒定律，實驗裝置示意如圖所示，斜槽與水平槽圓滑連接．實驗時先不放B球，使A球從斜槽上某一固定點C由靜止?jié)L下，落到位于水平地面的記錄紙上留下痕跡．再把B球靜置于水平槽前端邊緣處，讓A球仍從C處由靜止?jié)L下，A球和B球碰撞后分別落在記錄紙上留下各自的痕跡．記錄紙上的O點是重垂線所指的位置，若測得各落點痕跡到O的距離：OM=2.68cm，OP=8.62cm，ON=11.50cm，并知兩球的質量分別為m=10g與M=20g，則（1）下列說法正確的是________．A．入射球A質量應用10g的小球B．入射球A質量應用20g的小球C．斜槽軌道末端應調節(jié)水平，但就算不水平，只要高度一樣，其實也不影響結果D．斜槽應保證光滑，若有摩擦則實驗必定失?。?）未放B球時A球落地點是記錄紙上的_______點，若動量守恒，則應成立的表達式為（用題中所測各物理量的符號表示）_________________________．（3）系統(tǒng)碰撞前總動量p與碰撞后總動量p′的百分誤差=______%（結果保留一位有效數(shù)字）．【學科素養(yǎng)提升】1.如圖甲，長木板的一端墊有小木塊，可以微調木板的傾斜程度，以平衡摩擦力，使小車能在木板上做勻速直線運動。小車A前端貼有橡皮泥，后端連一打點計時器紙帶，接通打點計時器電源后，讓小車A以某速度做勻速直線運動，與置于木板上靜止的小車B相碰并粘在一起，繼續(xù)做勻速直線運動。打點計時器電源頻率為50Hz，得到的紙帶如圖乙所示，已將各計數(shù)點之間的距離標在圖上。（1）圖中的數(shù)據(jù)有AB、BC、CD、DE四段，計算小車A碰撞前的速度大小應選段？計算兩車碰撞后的速度大小應選________段？原因是___。（2）若小車A的質量為0.4kg，小車B的質量為0.2kg，根據(jù)紙帶數(shù)據(jù)，碰前兩小車的總動量是。碰后兩小車的總動量是。2.某同學用圖所示的實驗裝置和實驗步驟來驗證動量守恒定律，小球1的質量為m1，它從斜槽上某點滾下，離開斜槽末端時的速度記為v1（稱為第一次操作）；小球2的質量為m2，小球1第二次從斜槽上原位置滾下，跟小球2碰撞后離開斜槽末端的速度分別記為v1′和v2′（稱為第二次操作）。實驗所驗證的計算式為m1v1＝m1v1′＋m2v2′（1）如果第二次操作時，小球1從斜槽上開始滾下時位置比原先低一些，這將會影響計算式中哪個或哪幾個物理量？如果其他的操作都正確，實驗將會得到怎樣的結果？說明道理。（2）如果在第二次操作時，發(fā)現(xiàn)在第一次操作中，槽的末端是不水平的，有些向上傾斜，于是把它調為水平，調整后的斜槽末端離地面高度跟原來相同。然后讓小球在斜槽上原標記位置滾下進行第二次操作，分析時仍然和第一次操作的數(shù)據(jù)進行比較，其他實驗操作都正確，且調節(jié)斜槽引起小球在空中運動時間的變化可忽略不計。該實驗可能會得到怎樣的結果，說明道理。3．在驗證動量守恒定律的實驗中，實驗裝置如圖所示，圖中O點是小球拋出點在地面上垂直的投影。a、b是兩個半徑相等的小球．先讓入射球a多次從斜軌上同一位置S靜止釋放，找到其平拋落地點的位置，測量平拋射程。然后，把被碰的小球b靜置于軌道的水平部分，再將入射球a從斜軌上S位置靜置釋放，與小球b相碰，并多次重復。（1）為了保證在碰撞過程中a球不反彈，a、b兩球的質量m1、m2間的關系是m1________m2。（2）實驗裝置安裝時，要求斜軌末端。（3）在不放小球b時，小球a從斜槽某處由靜止開始滾下，小球a的落點在圖中的______點，把小球b放在斜槽末端邊緣處，小球a從斜槽相同位置處由靜止開始滾下，使它們發(fā)生碰撞，碰后小球a的落點在圖中的_____點，小球b的落點在圖中的______點。（4）完成本實驗，必須測量的物理量有________。A．小球a開始釋放的高度hB．拋出點距離地面的高度HC．A球和B球的質量m1、m2D．記錄點O到A、B、C的距離OA、OB、OC（5）若兩球相碰前后的動量守恒，其表達式可表示________________________。4．如圖所示為彈簧彈射裝置，在內壁光滑、水平固定的金屬管中放有輕彈簧，在其兩端各放置一個金屬小球1和2（兩球直徑略小于管徑且與彈簧不固連），壓縮彈簧并鎖定?，F(xiàn)解除鎖定，則兩個小球同時沿同一直線向相反方向彈射。按下述步驟進行實驗：①用天平測出兩球質量分別m1、m2；②用刻度尺測出兩管口離地面的高度均為h；③解除彈簧鎖定彈出兩球，記錄兩球在水平地面上的落點P、Q?；卮鹣铝袉栴}：(1)要測定彈射裝置在彈射時所具有的彈性勢能，還需測量的物理量有_______。（已知重力加速度g）A．彈簧的壓縮量△