1、4实验：验证动量守恒定律目标体系构建明确目标梳理脉络【学习目标】1掌握验证动量守恒定律的实验思路和实验方法；明确实验所需测量的物理量。2设计实验方案，进行数据处理，得出实验结论，验证动量守恒定律。3通过实验验证，进一步领会守恒思想。【思维脉络】课前预习反馈教材梳理落实新知知识点 1实验思路让两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿这条直线运动，创造条件，使系统所受外力的矢量和近似为0，满足_动量守恒_的条件。知识点 2物理量的测量研究对象确定后，还需要明确所需测量的物理量和实验器材。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。知识点 3数据分
2、析选取质量不同的两个物体进行碰撞，测出物体的质量(m1，m2)和碰撞前后的速度(v1，v1，v2，v2)，若满足m1v1m2v2_m1v1m2v2_，则验证了碰撞前后总_动量_守恒。知识点 4参考案例方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒1实验器材：气垫导轨、_光电计时器_、天平、_滑块_(两个)、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等。2实验原理：(1)调整导轨使之处于_水平_状态，并使光电计时器系统正常工作。(2)速度的测量：记录光电门挡光片的宽度x以及光电计时器显示的挡光时间t，利用公式v_计算出两滑块碰撞前后的速度。方案二：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒1实验器材：铁架台
3、，斜槽轨道，两个大小相等、质量_不_同的小球，重垂线，复写纸，白纸，_天平_，_刻度尺_，圆规，三角板等。2实验的基本思想转化法：不易测量量转化为易测量量的实验设计思想。3实验原理：(1)让一个质量较大的小球从斜槽上滚下，与放在斜槽末端的另一质量较小的小球发生碰撞，之后两小球都做_平抛_运动。(2)速度的测量：由于两小球下落的高度相同，所以它们的飞行时间_相等_。如果用小球的飞行时间作时间单位，那么小球飞出的水平距离在数值上就等于它的水平_速度_。课内互动探究细研深究破疑解难探究研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒1实验装置：如图所示。2物理量的测量(1)滑块的质量用天平直接测量。(2)速度的测
4、量：v，式中的x为滑块上挡光板的宽度，t为光电计时器记录的滑块上的挡光板经过光电门的时间。3碰撞情境的实现利用轻质弹簧、细线、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等设计各种类型的碰撞，通过在滑块上添加已知质量的物块来改变碰撞物体的质量。(1)情境1：质量不同的两滑块，一静一动碰撞；(2)情境2：两滑块追碰、相向碰，碰撞后分开；(3)情境3：两滑块挤压弹簧后用细线连接，烧断细线后两滑块分开；(4)情境4：两滑块碰撞后，撞针插入橡皮泥中，使滑块连成一体。4数据记录与处理(1)规定正方向，碰撞前后速度的方向与正方向相同为正，相反为负。(2)通过计算碰撞前后的总动量，检验是否满足动量守恒定律。典例剖析_典例
5、1气垫导轨是常用的一种实验仪器，它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫，使滑块悬浮在导轨上，滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦。我们可以用带竖直挡板C和D的气垫导轨以及滑块A和B来验证动量守恒定律，实验装置如图所示(弹簧的长度忽略不计)。实验步骤如下：a用天平分别测出滑块A、B的质量mA、mB；b调整气垫导轨，使导轨处于水平；c将A、B静止放置在气垫导轨上，在A和B间放入一个被压缩的轻质弹簧，用电动卡销锁定；d用刻度尺测出滑块A的左端至挡板C的距离L1；e按下电钮放开卡销，同时使分别记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作，当A、B滑块分别碰撞C、D挡板时停止计时，记下滑块A、B分别到达挡板C
6、、D的运动时间t1和t2。(1)实验中还应测量的物理量是_滑块B的右端到挡板D的距离L2_。(2)利用上述测量的实验数据，验证动量守恒定律的表达式是_mAmB_，上式中算得A、B两滑块的动量大小并不完全相等，产生误差的原因是：_气垫导轨可能不水平导致误差_；_滑块受到阻力作用而导致误差_。解析：(1)为了验证动量守恒定律，需要测出滑块B运动的速度，所以需要测量滑块B的右端到挡板D的距离L2。(2)两滑块动量守恒，满足mAvAmBvB滑块脱离弹簧后在导轨上做匀速直线运动vA，vB代入解得需要满足的表达式为mAmB气垫导轨可能不水平导致误差；滑块受到阻力作用而导致误差。对点训练_1某同学利用气垫导
7、轨进行“研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒”实验，如图所示，其中图甲中两滑块相互碰撞的端面上分别装有弹性碰撞架，图乙中两滑块的碰撞端分别装有撞针和橡皮泥。(1)分别用甲、乙两图的实验装置进行实验，碰撞时图_甲_所示的装置动能损失得较小。(2)某次实验时使图乙中A、B滑块匀速相向滑动并发生碰撞，测得碰撞前A、B的速度大小分别为vA2 m/s，vB4 m/s，碰后A、B以共同的速度v0.8 m/s运动，方向与碰撞前A的运动方向相同，A、B的质量分别用mA、mB表示，以碰撞前A的运动方向为正方向，则验证此过程中动量守恒的表达式为_2mA4mB0.8(mAmB)_；若表达式成立，则mAmB_41_。解
8、析：(1)题图乙中两滑块碰撞后会连成一体，动能损失较大。(2)由题意知，mAvAmBvB(mAmB)v，代入数据得2mA4mB0.8(mAmB)，解得mAmB41。探究研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒1测质量：用天平测出两个小球的质量，并选质量大的小球为入射小球。2实验装置：将斜槽安装在水平桌面上，并调整斜槽使其末端水平，在地面上铺上白纸，上面再铺好复写纸，记下重垂线所指的位置O。3实验操作：(1)不放被撞小球，让入射小球从斜槽上某固定位置处自由滚下。重复10次，用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面，圆心P就是小球落点的平均位置。(2)把被撞小球放在斜槽末端，让入射小球从斜槽固定位置处自
9、由滚下，使它们发生碰撞，重复10次，用中的方法，标出入射小球发生碰撞后落点的平均位置M和被撞小球落点的平均位置N。(3)连接O、N。测量线段OP、OM、ON的长度，将测量数据代入公式m1OPm1OMm2ON，看在误差允许的范围内是否成立，如成立，则碰撞前后动量守恒。4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)斜槽末端必须水平。(3)入射球的质量应大于被碰球的质量。(4)入射球每次都必须从斜槽上同一位置由静止开始滚下。典例剖析_典例2 如图所示，斜槽末端水平，小球m1从斜槽某一高度由静止滚下，落到水平面上的P点。今在槽口末端放一与m1半径相同的球m2，仍让球m1从斜
10、槽同一高度滚下，并与球m2正碰后使两球落地，球m1和m2的落地点分别是M、N。已知槽口末端在白纸上的投影位置为O点。则：(1)两小球质量的关系应满足_B_。Am1m2Bm1m2Cm1m2，故选B。(2)为保证两球从同一高度做平抛运动，实验中要求斜槽轨道末端的切线要调成水平。为保证实验有较好的可重复性以减小误差，实验中要求入射球每次从同一高度滚下。本实验是探究碰撞前后物理量的变化情况，故不需要斜槽轨道必须光滑，故选A、C、D。(3)本实验必须测量的是两小球质量m1和m2，入射球m1单独飞出的水平距离和两小球m1和m2相碰后各自飞出的水平距离。因小球脱离轨道口后做的是相同高度的平抛运动，因此两球碰
11、后落地时间相等，两小球水平分运动的时间也相等，故可以利用水平距离的测量代替速度的测量，所以不需要测量桌面离地的高度及两小球碰后落地的时间。故选A、F、G。(4)设m13m，m22m，则v1 m/s，m1v1v1 m/s，m1v1v20，v2 m/s，m2v2m1v1m2v2。所以m1v1m1v1m2v2，故碰撞前后动量守恒。对点训练_2某同学把两块大小不同的木块用细线连接，中间夹一被压缩了的轻弹簧，如图所示。将这一系统置于光滑的水平桌面上，烧断细线，观察木块的运动情况，进行必要的测量，探究系统的动量是否守恒。(1)实验还必须有的器材是_刻度尺、天平、重垂线_；(2)需直接测量的数据是_两木块的质量m1和m2，两木块落地点到桌面边缘的水平距离s1和s2_；(3)若系统动量守恒，需要验算的表达式是_m1s1m2s2_。解析：取木块1的初速度方向为正方向，两小球质量和平抛的初速度分别为m1、m2，v1、v2。平抛运动的水平位移为s1、s2，平抛运动的时间为t。需验证的方程为0m1v1m2v2，又v1，v2。代入得m1s1m2s2，故需要测量的量有两木块质量m1、m2，两木块落地点到桌面边缘的水平距离s1、s2。
