1.4 实验：验证动量守恒定律 导学案-（2019）新人教版高中物理高二选择性必修第一册.rar

1.4 实验：验证动量守恒定律实验：验证动量守恒定律【学习目标学习目标】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【开启新探索开启新探索】 如何通过实验验证动量守恒定律？【质疑提升质疑提升 1】实验思路实验思路1. 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？2. 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？3. 结合测量的物理量，验证动量守恒定律的表达式？【质疑提升质疑提升 2】参考案例参考案例 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？【质疑提升质疑提升 3】参考案例参考案例 21. 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？【学以致用学以致用】1 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3110.01 10 st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3230.00 10 st测出挡光片的宽度为,测得滑块 1（包括撞针）的质量3315.09 10 st5mmd 为，滑块 2（包括弹簧）质量以下问题中，最终的计算结果1100mg2200mg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_0.05_kgm/s，碰撞后的总动量为_0.05_kgm/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_ 导轨水平导轨水平_；（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_0=_，则说明该实验碰撞前后质BBAAtmtm11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_B_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_P_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）_M*OP=M*OM+m*ON_（3）系统碰撞前总动量 p 与碰撞后总动量 p的百分误差 =_2_%（结果保留一位有效数字） 【学科素养提升学科素养提升】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50 Hz，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 DE 段？原因是 碰前匀速的速度大，点迹分布均匀且较疏 。 （2）若小车 A 的质量为 0.4 kg，小车 B 的质量为 0.2 kg，根据纸带数据，碰前两小车的总动量是 0.6848 。碰后两小车的总动量是 0.684 。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。 v1和和 v2 m1v1大于大于 m1v1 m2v2 碰后的速度减小，碰后的速度减小，动量减小动量减小。 （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。 水平位移变小，不守恒水平位移变小，不守恒 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_大于大于_m2。（2）实验装置安装时，要求斜轨末端 水平水平 。（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_B_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_A_点，小球 b 的落点在图中的_C _点。（4）完成本实验，必须测量的物理量有_CD_。A小球 a 开始释放的高度 h B抛出点距离地面的高度 HCA 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_m1OB=m1OA+m2OC_。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：用天平测出两球质量分别 m1、m2；用刻度尺测出两管口离地面的高度均为 h；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_B_。 （已知重力加速度 g）A弹簧的压缩量x；B两球落点 P、Q 到对应管口 M、N 的水平距离 x1、x2；C小球直径；D两球从管口弹出到落地的时间 t1、t2。(2)根据测量结果，可得弹性势能的表达式为EP_。hgxhgx2m212m212211(3)由上述测得的物理量来表示，如果满足关系式 0= ghxmghxm222211，那么说明弹射过程中两小球组成的系统动量守恒。 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1. 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？2. 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？3. 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 21. 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】1 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3110.01 10 st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3230.00 10 st测出挡光片的宽度为,测得滑块 1（包括撞针）的质量3315.09 10 st5mmd 为，滑块 2（包括弹簧）质量以下问题中，最终的计算结果1100mg2200mg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 _kgm/s，碰撞后的总动量为_kgm/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50 Hz，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 0.4 kg，小车 B 的质量为 0.2 kg，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 h B抛出点距离地面的高度 HCA 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：用天平测出两球质量分别 m1、m2；用刻度尺测出两管口离地面的高度均为 h；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x；B两球落点 P、Q 到对应管口 M、N 的水平距离 x1、x2；C小球直径；D两球从管口弹出到落地的时间 t1、t2。(2)根据测量结果，可得弹性势能的表达式为 EP_。(3)由上述测得的物理量来表示，如果满足关系式 ，那么说明弹射过程中两小球组成的系统动量守恒。