高二物理人教版（2019）选择性必修第一册（全国）1.4 实验：验证动量守恒定律 导学案

1.4实验：验证动量守恒定律【学习目标】1．掌握动量守恒定律适用条件。2．会用实验验证动量守恒定律，掌握碰撞前后的速度的测量方法3.掌握实验数据处理的方法【开启新探索】如何通过实验验证动量守恒定律？【质疑提升1】实验思路我们可以创设怎样的符合动量守恒定律的情景？并说明哪些物体构成了动量守恒的系统？该系统如何满足动量守恒的条件？为验证动量守恒定律，设定的情景中，需要测量哪些物理量？又需要哪些器材？结合测量的物理量，验证动量守恒定律的表达式？【质疑提升2】参考案例11.阅读课本P17，理解验证动量守恒定律的情景、系统、如何满足系统动量守恒条件及所需物理量的测量方法？【质疑提升3】参考案例2阅读课本P18，理解验证动量守恒定律的情景、系统、如何满足系统动量守恒条件及所需物理量的测量方法？【学以致用】某同学利用气垫导轨做“验证动量守恒定律”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、弹簧架、光电门等组成．实验时，将气垫导轨调节水平并接通两个光电计时器，然后充气，把滑块2静止放在气垫导轨的中间，让滑块1通过弹射架运动起来去碰撞滑块2．实验结果如下：滑块1通过光电门1的挡光时间为，反弹后再次通过光电门1的挡光时间为；滑块2通过光电门2的挡光时间为．测出挡光片的宽度为,测得滑块1（包括撞针）的质量为，滑块2（包括弹簧）质量．以下问题中，最终的计算结果均保留一位有效数字:（1）气垫导轨的作用是___减少摩擦、保证一维碰撞____________________________________;（2）两滑块组成的系统碰撞前的总动量为_____kg·m/s，碰撞后的总动量为_____kg·m/s。2．如图为实验室常用的气垫导轨探究碰撞过程中的不变量的装置。两带有等宽遮光条的滑块A和B，质量分别为mA、mB，在A、B间用细线水平压住一轻弹簧，将其置于气垫导轨上。（1）调节导轨使其能实现自由静止，这是表明__________________________________；（2）烧断细线，滑块A、B被弹簧弹开，光电门C、D记录下两遮光条通过的时间分别为tA和tB，若有关系式_______________，则说明该实验碰撞前后质量与速度的乘积守恒。3．用半径相同的两小球A、B的碰撞验证动量守恒定律，实验装置示意如图所示，斜槽与水平槽圆滑连接．实验时先不放B球，使A球从斜槽上某一固定点C由静止滚下，落到位于水平地面的记录纸上留下痕迹．再把B球静置于水平槽前端边缘处，让A球仍从C处由静止滚下，A球和B球碰撞后分别落在记录纸上留下各自的痕迹．记录纸上的O点是重垂线所指的位置，若测得各落点痕迹到O的距离：OM=2.68cm，OP=8.62cm，ON=11.50cm，并知两球的质量分别为m=10g与M=20g，则（1）下列说法正确的是________．A．入射球A质量应用10g的小球B．入射球A质量应用20g的小球C．斜槽轨道末端应调节水平，但就算不水平，只要高度一样，其实也不影响结果D．斜槽应保证光滑，若有摩擦则实验必定失败（2）未放B球时A球落地点是记录纸上的_______点，若动量守恒，则应成立的表达式为（用题中所测各物理量的符号表示）_________________________．（3）系统碰撞前总动量p与碰撞后总动量p′的百分误差=______%（结果保留一位有效数字）．【学科素养提升】1.如图甲，长木板的一端垫有小木块，可以微调木板的倾斜程度，以平衡摩擦力，使小车能在木板上做匀速直线运动。小车A前端贴有橡皮泥，后端连一打点计时器纸带，接通打点计时器电源后，让小车A以某速度做匀速直线运动，与置于木板上静止的小车B相碰并粘在一起，继续做匀速直线运动。打点计时器电源频率为50Hz，得到的纸带如图乙所示，已将各计数点之间的距离标在图上。（1）图中的数据有AB、BC、CD、DE四段，计算小车A碰撞前的速度大小应选段？计算两车碰撞后的速度大小应选________段？原因是___。（2）若小车A的质量为0.4kg，小车B的质量为0.2kg，根据纸带数据，碰前两小车的总动量是。碰后两小车的总动量是。2.某同学用图所示的实验装置和实验步骤来验证动量守恒定律，小球1的质量为m1，它从斜槽上某点滚下，离开斜槽末端时的速度记为v1（称为第一次操作）；小球2的质量为m2，小球1第二次从斜槽上原位置滚下，跟小球2碰撞后离开斜槽末端的速度分别记为v1′和v2′（称为第二次操作）。实验所验证的计算式为m1v1＝m1v1′＋m2v2′（1）如果第二次操作时，小球1从斜槽上开始滚下时位置比原先低一些，这将会影响计算式中哪个或哪几个物理量？如果其他的操作都正确，实验将会得到怎样的结果？说明道理。（2）如果在第二次操作时，发现在第一次操作中，槽的末端是不水平的，有些向上倾斜，于是把它调为水平，调整后的斜槽末端离地面高度跟原来相同。然后让小球在斜槽上原标记位置滚下进行第二次操作，分析时仍然和第一次操作的数据进行比较，其他实验操作都正确，且调节斜槽引起小球在空中运动时间的变化可忽略不计。该实验可能会得到怎样的结果，说明道理。3．在验证动量守恒定律的实验中，实验装置如图所示，图中O点是小球抛出点在地面上垂直的投影。a、b是两个半径相等的小球．先让入射球a多次从斜轨上同一位置S静止释放，找到其平抛落地点的位置，测量平抛射程。然后，把被碰的小球b静置于轨道的水平部分，再将入射球a从斜轨上S位置静置释放，与小球b相碰，并多次重复。（1）为了保证在碰撞过程中a球不反弹，a、b两球的质量m1、m2间的关系是m1________m2。（2）实验装置安装时，要求斜轨末端。（3）在不放小球b时，小球a从斜槽某处由静止开始滚下，小球a的落点在图中的______点，把小球b放在斜槽末端边缘处，小球a从斜槽相同位置处由静止开始滚下，使它们发生碰撞，碰后小球a的落点在图中的_____点，小球b的落点在图中的______点。（4）完成本实验，必须测量的物理量有________。A．小球a开始释放的高度hB．抛出点距离地面的高度HC．A球和B球的质量m1、m2D．记录点O到A、B、C的距离OA、OB、OC（5）若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示________________________。4．如图所示为弹簧弹射装置，在内壁光滑、水平固定的金属管中放有轻弹簧，在其两端各放置一个金属小球1和2（两球直径略小于管径且与弹簧不固连），压缩弹簧并锁定。现解除锁定，则两个小球同时沿同一直线向相反方向弹射。按下述步骤进行实验：①用天平测出两球质量分别m1、m2；②用刻度尺测出两管口离地面的高度均为h；③解除弹簧锁定弹出两球，记录两球在水平地面上的落点P、Q。回答下列问题：(1)要测定弹射装置在弹射时所具有的弹性势能，还需测量的物理量有_______。（已知重力加速度g）A．弹簧的压缩量△