魯科版高中物理選擇性必修第一冊第1章第3節(jié)科學驗證：動量守恒定律學案

這是一份魯科版高中物理選擇性必修第一冊第1章第3節(jié)科學驗證：動量守恒定律學案，共9頁。
第3節(jié)　科學驗證：動量守恒定律 1．驗證動量守恒定律． 2．體會將不易測量的物理量轉(zhuǎn)換為易測量的物理量的實驗設(shè)計思想． 一、實驗原理與設(shè)計 質(zhì)量分別為m1和m2的兩小球A、B發(fā)生正碰，若碰撞前球A的速度為v1，球B靜止，碰撞后的速度分別為v1′和v2′，根據(jù)動量守恒定律，應(yīng)有：m1v1＝m1v1′＋m2v2′． 可采用“探究平拋運動的特點”實驗中測量平拋初速度的方法，設(shè)計實驗裝置如圖甲所示．讓球A從同一位置C釋放，測出不發(fā)生碰撞時球A飛出的水平距離lOP，再測出球A、B碰撞后分別飛出的水平距離lOM、lON，如圖乙所示．只要驗證m1lOP＝m1lOM＋m2lON，即可驗證動量守恒定律．因小球從斜槽上滾下后做平拋運動，由平拋運動知識可知，只要小球下落的高度相同，在落地前運動的時間就相同，則小球的水平速度若用飛行時間作時間單位，在數(shù)值上就等于小球飛出的水平距離，所以只要測出小球的質(zhì)量及兩球碰撞前后飛出的水平距離，代入公式就可驗證動量守恒定律． 甲　實驗裝置示意圖 乙　水平距離測量示意圖 二、實驗器材 斜槽軌道、半徑相等的鋼球和玻璃球、白紙、復(fù)寫紙、小鉛錘、天平(附砝碼)、毫米刻度尺、圓規(guī)． 三、實驗步驟 1．用天平測出兩個小球的質(zhì)量． 2．將斜槽固定在桌邊并使其末端水平．在地板上鋪白紙和復(fù)寫紙，通過小鉛錘將斜槽末端在紙上的投影記為點O． 3．首先讓球A從斜槽點C由靜止釋放，落在復(fù)寫紙上，如此重復(fù)多次． 4．再將球B放在槽口末端，讓球A從點C由靜止釋放，撞擊球B，兩球落到復(fù)寫紙上，如此重復(fù)多次． 5．取下白紙，用圓規(guī)找出落點的平均位置點P、點M和點N，用刻度尺測出lOP、lOM和lON．用圓規(guī)畫盡可能小的圓把所有的小球落點圈在里面，圓心就是平均落點． 6．改變點C位置，重復(fù)上述實驗步驟． 四、數(shù)據(jù)分析 將測量的數(shù)據(jù)記入你設(shè)計的表格中，并分析數(shù)據(jù)，形成結(jié)論． 五、誤差分析 實驗所研究的過程是兩個不同質(zhì)量的球發(fā)生水平正碰，因此“水平”和“正碰”是操作中應(yīng)盡量予以滿足的前提條件．實驗中兩球心高度不在同一水平面上，給實驗帶來誤差．每次靜止釋放入射小球的釋放點越高，兩球相碰時內(nèi)力越大，動量守恒的誤差越?。畱?yīng)進行多次碰撞，落點取平均位置來確定，以減小偶然誤差． 六、注意事項 1．入射小球質(zhì)量m1應(yīng)大于被碰小球質(zhì)量m2，若入射小球質(zhì)量小于被碰小球質(zhì)量，則入射小球會被反彈，滾回斜槽后再返回拋出點過程中克服摩擦力做功，飛出時的速度大小小于碰撞剛結(jié)束時的速度大小，會產(chǎn)生較大的誤差． 2．斜槽末端的切線必須水平． 3．入射小球與被碰小球的球心連線與入射小球的初速度方向一致． 4．入射小球每次都必須從斜槽上同一位置由靜止開始滾下． 5．地面應(yīng)水平，白紙鋪好后，實驗過程中不能移動，否則會造成很大的誤差． 類型一　實驗原理與操作 【典例1】　用如圖所示實驗裝置可以驗證動量守恒定律，即研究兩個小球在軌道水平部分碰撞前后的動量關(guān)系． (1)實驗中，直接測定小球碰撞前后的速度是不容易的．但是，可以通過僅測量________(填選項前的序號)，間接地解決這個問題． A．小球做平拋運動的射程 B．小球拋出點距地面的高度H C．小球開始釋放時的高度h (2)圖中O點是小球拋出點在地面上的垂直投影．實驗時，先讓入射球m1多次從斜軌上S位置靜止釋放，找到其平均落地點的位置P，測量平拋射程OP．然后，把被碰小球m2靜置于軌道的水平部分，再將入射球m1從斜軌上S位置靜止釋放，與小球m2相碰，并多次重復(fù)． 接下來要完成的必要步驟是________(填選項前的符號)． A．測量小球m1開始釋放時的高度h B．用天平測量兩個小球的質(zhì)量m1、m2 C．測量拋出點距地面的高度H D．分別找到m1、m2相碰后平均落地點的位置M、N E．測量平拋射程OM、ON [解析]　(1)驗證動量守恒定律實驗中，即研究兩個小球在軌道水平部分碰撞前后的動量關(guān)系，直接測定小球碰撞前后的速度是不容易的，但是在落地高度不變的情況下，可以通過測水平射程來體現(xiàn)速度，故答案是A． (2)實驗時，先讓入射球m1多次從斜軌上S位置靜止釋放，找到其平均落地點的位置P，測量平拋射程OP．然后，把被碰小球m2靜置于軌道的水平部分，再將入射球m1從斜軌上S位置靜止釋放，與小球m2相碰，并多次重復(fù)．測量平均落點的位置，找到相碰后兩小球平拋運動的水平位移，因此步驟中D、E是必需的，而且D要在E之前．至于用天平稱質(zhì)量先后均可以，所以答案是BDE或DEB． [答案]　(1)A　(2)BDE或DEB 類型二　數(shù)據(jù)處理和注意事項 【典例2】　如圖所示為實驗室中驗證碰撞中的動量守恒的實驗裝置示意圖． (1)若入射小球質(zhì)量為m1，半徑為r1；被碰小球質(zhì)量為m2，半徑為r2，則________． A．m1>m2，r1>r2　 B．m1