1.4 实验：验证动量守恒定律（教学设计）-高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册 .docx

第一章动量守恒定律第4节实验：验证动量守恒定律

教学设计

课型

新授课

课时

1

主备人

授课人

学习目标

1．掌握动量守恒定律适用范围。

2．会用实验验证动量守恒定律。

学习重点

用两种试验方案验证动量守恒的实验思路与注意事项

学习难点

两种实验方案中各物理量的测量及实验数据分析。

学情分析

本节课主要是通过理论指导实验，让学生在实验中验证碰撞过程的动量守恒。了解不同实验方案的基本思路、实验装置及注意事项，最重要的是要能够对所测量的实验数据进行科学分析，最终实现减小实验误差，并能够验证动量守恒的目的。

核心素养

物理观念：通过两种实验方案验证动量守恒；

科学思维：按照实验思路设计不同试验方案，科学的在不同实验方案中对各物理量进行测量，对实验数据进行分析，最大程度的减小实验误差，达到验证动量守恒的目的。

科学探究：准确理解实验思路，从而更好的执行两种实验方案，达到对实验进行探究或验证的目的，在实验中要注重各物理量之间的相互关系，加深对物体相互作用过程中系统动量守恒的理解；

科学态度与责任：在物理实验中要有严谨的实验思路，学会从多个方面思考问题，用实验来验证物理规律。

核心知识

验证碰撞中动量守恒。

教学内容及教师活动设计

学生活动设计

二次备课

环节一：引导学生明确实验目的和思路

一、实验目的

通过实验验证动量守恒定律。

二、实验思路

教师：两个物体在发生碰撞时，作用时间很短。根据动量定理，它们的相互作用力很大。如果把这两个物体看作一个系统，那么，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。

问题：我们应该怎样设计实验，使两个碰撞的物体所组成的系统所受外力的矢量和近似为0？

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。

问题：想要验证动量守恒定律，需要测量哪些物理量？

问题：物体的质量可以直接用天平测量，那么物体碰撞前后的速度呢？

三、实验原理

在一维碰撞的情况下,令两个物体的质量分别为m1、m2,碰撞前的速度分别为v1、v2,碰撞后的速度分别为v1、v2,如果速度的方向与设定的坐标轴的正方向一致,取正值,反之则取负值。测出m1、m2,v1、v2,v1、v2,若m1v1+m2v2=m1v1+m2v2,则碰撞中动量守恒。

环节二：设计实验方案

方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒。

问题1：本方案的设计思路？

利用气垫导轨来减小摩擦力，利用光电计时器测量滑块碰撞前后的速度。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。

问题2：本方案的实验器材？

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。

问题3：本方案的实验情境设计？

1.选取两个质量不同的滑块，在两个滑块相互碰撞的端面装上弹性碰撞架，滑块碰撞后随即分开。

2.在两个滑块碰撞端分别装上撞针和橡皮泥，碰撞时撞针插入橡皮泥中，使两个滑块连成一体运动。如果在两个滑块的碰撞端分别贴上尼龙拉扣，碰撞时它们也会连成一体。

3.原来连在一起的两个物体，由于相互之间具有排斥的力而分开，这也可视为一种碰撞。这种情况可以通过下面的方式实现。在两个滑块间放置轻质弹簧，挤压两个滑块使弹簧压缩，并用一根细线将两个滑块固定。烧断细线，弹簧弹开后落下，两个滑块由静止向相反方向运动。

问题4：数据测量方法？

（1）滑块的质量用天平直接测量。

（2）速度的测量：v＝，式中的Δx为滑块上挡光板的宽度，Δt为光电计时器记录的滑块上的挡光板经过光电门的时间。

问题5：数据处理方法？

（1）滑块速度的测量：v＝Δx/Δt，式中Δx为滑块挡光片的宽度（仪器说明书上给出，也可直接测量），Δt为数字计时器显示的滑块（挡光片）经过光电门的时间。

（2）验证的表达式：m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′

方案二、研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒

问题1：本方案的设计思路？

本案例中，研究两个小球在斜槽末端发生碰撞前后总动量的守恒情况。

问题2：本方案的实验器材？

斜槽、小球(两个)、天平、复写纸、白纸等

问题3：本方案的实验步骤？

（1）测质量：用天平测出两小球的质量，并选定质量大的小球为入射小球。

（2）安装：按照图甲所示安装实验装置，调整固定斜槽使斜槽底端水平。

（3）铺纸：白纸在下，复写纸在上且在适当位置铺放好，记下重垂线所指的位置O。

（4）放球找点，不放被撞小球，每次让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下，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F就是小球落点的平均位置。

（5）碰撞找点，把被撞小球放在斜槽末端，每次让入射小球从斜槽同一高度自由滚下