物理人教版 (2019)4 实验：验证动量守恒定律第1课时教学设计

第一章 动量守恒定律

实验：验证动量守恒定律

教学设计

学习目标

一、知识与技能

1、知道验证动量守恒定律的实验方法有哪些。

2、知道验证过程中需要测量的物理量及其测量方法。

二、过程与方法

1、对数据处理应用列表法进行整理。

2、知道验证动量守恒定律实验的注意事项。

三、情感态度与价值观

1、有善于发现问题的精神，并具有解决问题的能力。

2、培养学生正确的价值观和人生观，明白只有勤奋努力才可能有丰硕的收获。

重点难点

1、理解动量守恒定律，掌握验证动量守恒定律的过程。(重点)

2、理解实验中的碰撞过程是一维碰撞。(难点)

教学准备

课件

教学过程

一、导入新课：

【教师引入课程】本节课我们通过实验验证动量守恒定律。那么实验目的是什么？

二、讲授新课： 

【教师引导】实验目的：验证两个物体在碰撞前后动量守恒。

实验原理：在一维碰撞中,测出物体的质量和碰撞前后物体的速率，找出碰撞前的动量及碰撞后的动量，看碰撞前后动量是否守恒。

【学生活动】设计实验方案，小组实验。

【教师补充】实验思路：两个物体在发生碰撞时，作用时间很短，相互作用力很大，如果把这两个物体看作一个系统，虽然物体还受到重力、支持力、摩擦力、空气阻力等外力的作用，但是有些力的矢量和为0，有些力与系统内两物体的相互作用力相比很小。因此，在可以忽略这些外力的情况下，碰撞满足动量守恒定律的条件。

我们研究最简单的情况：两物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿这条直线运动，应该尽量创设实验条件，使系统所受外力的矢量和近似为0。

【小组活动】提出方案：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒。

【教师引导】确定研究对象后，还需要明确所需测量的物理量和实验器材。根据动量的定义，很自然地想到，需要测量物体的质量以及两个物体发生碰撞前后各自的速度。

物体的质量可用天平直接测量，速度的测量可以有不同的方式，根据所选择的具体实验方案来确定。

【教师补充】气垫导轨的工作原理：气垫导轨的工作原理是利用从导轨表面小孔喷出的压缩空气，在滑块与导轨之间形成很薄的空气膜，使滑块与导轨不直接接触，因此在实验中滑块的运动可以近似看成无摩擦运动。

【设计实验】研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒

实验原理：利用气垫导轨上两滑块碰撞来实现一维碰撞。

实验器材：气垫导轨、光电门、数字计时器、气泵、弹性碰撞器、撞针、橡皮泥、轻质弹簧等。

实验过程：

（1）测质量：用天平测出两滑块的质量。

（2）安装器材：将气垫导轨放置在水平桌面上，并调整气垫导轨水平，将光电计时器固定在气垫导轨的两端位置。

（3）实验操作：接通电源、用配套的数字计时器测出两滑块各种情况下碰撞前后的速度。

情况1：改变滑块的质量。

情况2：改变滑块初速度的大小和方向。

情况3：在两滑块上安装撞针和橡皮泥。

情况4：在两滑块间放置压缩的弹簧，并用细线系住两小车。

（4）滑块速度的测量方法

滑块上安装有挡光板，设挡光板宽度为L，气垫导轨上安装有光控开关与计时器相连，构成光电计时装置，当挡光板遮住光时开始计时，穿过后不再挡光，则停止计时，设记录时间为t。则滑块相当于在t时间内移动了L的位移，所以平均速度，即为匀速运动的速度。

【教师补充】数据分析：根据选定的实验方案设计实验数据记录表格，选取质量不同的两个物体进行碰撞，测出物体的质量()和碰撞前后的速度()，分别计算出两物体碰撞前后的总动量，并检验碰撞前后总动量的关系是否满足动量守恒定律，即。

【学生活动】利用其它实验器材，再次设计实验方案，验证动量守恒定律。

【设计实验】利用平抛运动的装置验证两小球碰撞过程动量守恒

实验器材：斜槽，大小相等、质量不同的小钢球两个，重垂线一条，白纸，复写纸，天平一台，刻度尺，圆规。

实验过程：

1、先用天平测出两小球质量。

2、按图示安装好实验装置，将斜槽固定在桌边，使槽的末端的切线水平，调整实验装置使两小球碰时处于同一水平高度，且碰撞瞬间入射小球与被碰小球的球心连线和轨道末端的切线平行，以确保正碰后的速度方向水平。

3、在地上铺一张白纸，在白纸上铺复写纸。

4、在白纸上记下重垂线所指的位置O。

5、先不放被碰小球，让入射小球从斜槽上同一高度处滚下，重复10次，用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面，圆心看作入射小球不发生碰撞，仅做平抛运动的落地点P。

6、把被碰小球放在斜槽的末端，让入射小球从同一高度滚下，使它们发生正碰，重复10次，仿步骤5求出入射小球落地点的平均位置M和被碰小球落地点的平均位置N。

7、过O和N在纸上作一直线。

8、用刻度尺量出线段OM、OP、ON的长度。把两小球的质量和相应的数值代入方程式中，看是否成立。

9、整理实验器材并放回原处。

注意事项：

（1）“水平”和“正碰”是操作中应尽量予以满足的前提条件。

（2）测定两小球速度的方法，是以它们做平抛运动的水平位移代表相应的速度。

（3）斜槽末端必须水平，检验方法是将小球放在水平轨道上任何位置，看其能否都保持静止状态。

（4）入射球的质量应大于被碰球的质量。

（5）入射球每次都必须从斜槽上同一位置由静止滚下，方法是在斜槽上的适当高度处固定一挡板，小球靠近挡板后释放小球。

（6）式中相同的量取相同的单位即可。

【教师补充】此实验中，要注意的事项：

（1）斜槽末端切线要水平。

（2）每次小球下滑都要从同一高度处由静止开始下落。

（3）要保证两小球对心正碰，先调高低，再调远近，再调左右。

（4）两球质量关系满足：入射球质量大于被碰球质量。

（5）小球落点的选取：要用尽量小的圆把所有落点圈在圈内，则圆心即为小球的落地点。

课堂练习

1、在用气垫导轨“验证动量守恒定律”时，不需要测量的物理量是(   )

A.滑块的质量 B.挡光的时间 C.挡光片的宽度 D.光电门的高度

答案：D

2、某中学实验小组的同学在“验证动量守恒定律”时,利用了如图所示的实验装置进行探究,下列说法正确的是(   )

A.要求斜槽一定是光滑的且斜槽的末端必须水平
B.入射球每次释放点的高度可以任意调节
C.入射球和被碰球的直径必须相等
D.入射球的质量必须与被碰球的质量相等

答案：C

3、气垫导轨（如图甲）工作时，空气从导轨表面的小孔喷出，在导轨表面和滑块内表面之间形成一层薄薄的空气层，使滑块不与导轨表面直接接触，大大减小了滑块运动时的阻力。为了验证动量守恒定律，在水平气垫导轨上放置两个质量均为的滑块，每个滑块的一端分别与穿过打点计时器的纸带相连，两个打点计时器所用电源的频率均为。气垫导轨正常工作后，接通两个打点计时器的电源，并让两滑块以不同的速度相向运动，两滑块相碰后粘在一起继续运动，图为某次实验打出的点迹清晰的纸带的一部分，在纸带上以同间距的6个连续点为一段划分纸带（如图所示），用刻度尺分别量出其长度和。若题中各物理量的单位均为国际单位，那么，碰撞前两滑块的动量大小分别为________、________，两滑块的总动量大小为________；碰撞后两滑块的总动量大小为________（结果均用小数表示）。重复上述实验，多做几次，若碰撞前、后两滑块的总动量在实验误差允许的范围内相等，则动量守恒定律得到验证。

答案：;;;

4、如图，用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。

(1)为保证实验成功,两球的质量关系必须满足________(选填“大于”“等于”或“小于”)；

(2)下列说法中符合本实验要求的是_________(填选项前面的字母)；

A.安装轨道时,斜槽轨道的末端必须水平

B.斜槽轨道必须光滑

C.在同一组实验的多次碰撞中,每次入射小球必须从斜槽的同一高度由静止释放

D.需要测量小球从斜槽末端抛出时距地面的高度

E.需要分别找出入射小球、被碰小球相碰后落地点的平均位置

(3)若为未放置被碰小球时入射小球落点的平均位置，则关系式______________________(用及图中字母表示)成立，即表示碰撞中动量守恒。

答案：(1)大于

(2)ACE

(3)

5、如图所示，某同学利用此装置验证动量守恒定律。水平气垫导轨（轨道与滑块间摩擦力忽略不计）上装有两个光电计时装置C和D，可记录遮光片的遮光时间。将滑块静止放在导轨上，该同学按照如下步骤进行实验：

a.测量滑块A的质量，测量滑块B的质量；

b.测量滑块A的遮光片的宽度，测量滑块B的遮光片的宽度；

c.给滑块A一个向右的瞬时冲量，让滑块A与静止的滑块B发生碰撞后，依次通过光电计时装置D；

d.待完全通过光电计时装置D后用手分别按住；

e.记录光电计时装置C显示的时间和装置D显示的时间。

①完成上述实验步骤需要的实验器材有______________；

②按照该同学的操作，若两滑块碰撞前后的动量守恒，其表达式可表示为___________。两滑块碰撞过程中损失的机械能为______________。

答案：①天平和刻度尺

②；

板书设计

§1.4实验：验证动量守恒定律

1、实验目的：验证两个物体在碰撞前后动量守恒。

2、实验原理：在一维碰撞中,测出物体的质量和碰撞前后物体的速率，找出碰撞前的动量及碰撞后的动量，看碰撞前后动量是否守恒。

教学后记

引导学生对本节多学知识进行自主交流探究，根据学生表述，查漏补缺，并有针对性地进行讲解补充。