【教學目標】
1.了解動量守恒定律的應用范圍。
2.會用實驗來驗證動量守恒定律。
【教學重難點】
將用實驗來驗證動量守恒定律。
【教學流程】
1.實驗思路
師：當兩個物體發生碰撞時，它們的相互作用時間是很短的。 根據動量定理，它們的相互作用力非常大。 如果把這兩個物體看成一個系統，那么，雖然物體也受到重力、支撐力、摩擦力、空氣阻力等外力的影響，但有的力的矢量和為0，有的力與系統中的兩個對象。 力量相對較小。 因此，當這些外力可以忽略不計時，碰撞滿足動量守恒定律的條件。
問題：如何設計實驗，使兩個碰撞物體組成的系統上的外力矢量和近似為0？
學生思考，老師總結。
我們研究最簡單的情況：兩個物體在碰撞前沿同一條直線運動，碰撞后繼續沿這條直線運動。 應盡可能創造實驗條件，使系統上的外力矢量和近似為0。
2.物理量的測量
研究對象確定后，還需要明確需要測量的物理量和實驗設備。
問：為了驗證動量守恒定律，需要測量哪些物理量？
學生思考，老師總結：
根據動量的定義，很自然地想到我們需要測量物體的質量以及兩個物體碰撞前后的速度。
師：那我們就可以直接用天平測量物體的質量了。 物體碰撞前后的速度又如何呢？
學生們回憶起我們之前學到的如何測量物體速度的知識。 最后，教師總結了設計實驗的可行方法。
(1)方案一：研究氣墊導軌上滑塊碰撞時的動量守恒
在這種情況下，我們使用氣墊導軌來減少摩擦，并使用光電計時器來測量滑塊碰撞前后的速度。 實驗裝置如圖所示。 可以通過向滑塊添加已知質量的塊來更改碰撞對象的質量。
本實驗可以研究以下幾種情況：
① 選擇兩個不同質量的滑塊，在兩個滑塊碰撞的端面上安裝彈性碰撞架。 碰撞后滑塊立即分離。
② 在兩個滑塊的碰撞端分別安裝撞針和橡皮泥。 碰撞過程中，撞針插入橡皮泥中，使兩個滑塊連為一體。 如果兩個滑塊的碰撞端都裝上尼龍扣，碰撞時就會連為一體。
③原本相連的兩個物體由于彼此之間的排斥力而分離。 這也可以算是碰撞。 這種情況可以通過以下方式實現。
在兩個滑塊之間放置一個輕質彈簧，擠壓兩個滑塊以壓縮彈簧，并用細線固定兩個滑塊。 當細線被燒斷時，彈簧彈開然后落下，兩個滑塊從靜止向相反方向移動。
1、實驗步驟：
(1)測量質量：用天平測量滑塊的質量。
(2)安裝：正確安裝氣墊導軌。
（3）實驗：接通電源，用配套的光電計時裝置測量不同情況下兩個滑塊碰撞前后的速度（①改變滑塊的質量；②改變滑塊的初速度和方向） ）。
(4)驗證：一維碰撞動量守恒。
2.數據處理
（1）滑塊速度的測量：v=Δx/Δt，其中Δx為滑塊光柵的寬度（儀器說明書中給定，也可直接測量），Δt為數字顯示的滑塊（塊）定時器 光片通過光電門所需的時間。
(2) 驗證表達式：m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′
（2）方案二：用滾下滑槽的小球來驗證動量守恒定律
1、實驗步驟：
(1)測量質量：用天平測量兩個球的質量，選擇質量較大的球作為入射球。
(2)安裝：按圖A所示安裝實驗裝置，調整固定滑槽，使滑槽底部水平。
(3)鋪紙：白紙在下，復寫紙在上。 將其放置在適當的位置。 注意垂直線所指向的位置 O。
(4)放球找落點，擊中的球不要放出，每次讓入射球從滑槽上的固定高度自由滾落。 重復10次。 用圓規畫一個盡可能小的圓，并包圍所有的球著陸點。 圓心F是球落地點的平均位置。
(5)找到碰撞點動量守恒定律適用范圍，將被擊球放在滑槽末端，每次讓入射球從滑槽同一高度自由滾下，使它們發生碰撞。 重復實驗10次。 采用步驟4的方法，標記碰撞后擊球落點的平均位置N和擊球落點的平均位置N，如圖所示。
(6)驗證：連接N并測量線段OP、OM、ON的長度。 將測量數據填入表中。 最后代入m1·OP。
(7)結束：整理實驗設備并放回原處。
2、數據處理：
驗證表達式：m1·OP=m1·OM+m2·ON
（3）方案3：兩輛車在光滑的桌子上碰撞，完成一維碰撞實驗
1.實驗設備
光滑的長木板、打點計時器、紙帶、小車（兩個）、秤、撞針和橡皮泥。
2.實驗步驟
(1)測量質量：用天平測量兩輛車的質量。
(2)安裝，將打點定時器固定在光滑的長木板一端，將紙帶穿過打點定時器，連接到車后部，在打點定時器的碰撞端安裝撞針和橡皮泥。兩輛車。
(3)實驗：接通電源，讓A車移動，5號車靜止。 當兩輛車相撞時，撞針插入橡皮泥中，將兩輛車連接起來，合二為一地移動。
(4)速度測量：紙帶上兩個計數點之間的距離和時間由下式給出
求速度。
(5)改變條件：改變碰撞條件，重復實驗。
(6)驗證：一維碰撞動量守恒。
四、注意事項
（1）前提條件：兩個碰撞物體應保證“水平”、“正面碰撞”。
(2)如果使用“氣墊導軌”來完成實驗，在調整氣墊導軌時，一定要使用水平儀，保證導軌水平。
如果用“滑槽”完成實驗，則滑槽末端的切線必須是水平的，并且每次入射的球必須在滑槽相同的高度處從靜止狀態釋放。
5.誤差分析
(1)系統誤差：主要來自于設備本身是否符合要求，即：
①碰撞是否為一維碰撞。
②實驗是否滿足動量守恒條件：例如氣墊導軌是否水平，兩球大小是否相等。
(2)偶然誤差：主要來自質量m和速度v的測量。
（三）改進措施：
① 設計方案時，應保證碰撞為一維碰撞，并盡可能滿足動量守恒條件。
②采用多次測量取平均值的方法，減少偶然誤差。
【課堂練習】
1.（2017·江西模擬）利用頻閃攝影和氣墊導軌進行“探索碰撞不變量”實驗。 步驟如下：
①用天平測量滑塊A、B的質量分別為200g、300g；
②安裝氣墊導軌，調節氣墊導軌調節旋鈕，使導軌水平；
③向氣墊導軌內注入壓縮空氣；
④ 將兩個滑塊A、B放置在導軌上，給定初始速度，同時開始閃光攝影。 閃光時間間隔設置為Δt = 0.2s。 照片如圖所示。
結合實驗過程和圖像分析，我們知道這張圖像是用4次閃光燈拍攝的照片。 在這4次閃爍的瞬間，滑塊A和B都在0到80cm的刻度范圍內； 第一次閃光時，滑塊 A 正好經過 x=55cm，滑塊 B 正好經過 x=70cm； 碰撞后，一個滑塊處于靜止狀態。 假設正確的方向是正方向。 試分析：滑塊的碰撞時間發生在第一次閃現后____s。 碰撞前兩個滑塊的質量與速度的乘積之和為m/s。 碰撞后兩個滑塊的質量為 速度乘積之和為·m/s。
答案：0.1； -0.2； -0.2
2.（2017年湖北黃岡中學期中考試）一名學生利用圖A所示的裝置，通過兩個半徑相同的球a、b的碰撞來驗證動量守恒定律。 圖中，PQ為傾斜槽動量守恒定律適用范圍，QR為水平槽。 記下記錄紙上粗豎線所指向的位置 O。 實驗時，球A首先從靜止的滑槽上的固定位置G滾下，落在水平地面的記錄紙上，留下痕跡。 重復上述操作10次，得到10條滴點跡線。 確定少量的滴點。 a 球的平均落點為 B 位置，然后將 b 球放在水平槽的 R 端，讓 a 球從靜止狀態仍從固定位置 G 滾下。 與球b碰撞后，會落到水平地面上的記錄紙上。 重復10次即可得到兩個球的落地點。 平均位置分別為A和C，其中B球的軌跡如圖B所示。米尺水平放置，零點與O點對齊。
(1) 取碰撞后球b的水平范圍。
(2) 在下列選項中，本實驗必須進行哪些測量？
答案：____（填寫選項號）。
A。 當b球沒有放在水平槽上時，測量a球落地點到O點的距離x1。
B、a 球和 b 球碰撞后，分別測量 a 球和 b 球落地點到 O 點的距離 x2 和 x3。
C。 測量球a或球b的直徑d
D.測量球a和球b的質量ma和mb（或兩個球的質量之比）
E、測量G點相對于水平槽面的高度H
（3）根據本實驗方法，已知球a的質量為ma，球b的質量為mb，ma>mb，則動量守恒定律的驗證公式為____（表示為實驗中測量的物理量的對應字母）。
答案：（1）64.5（64.2到64.8之間的任何值都可以）； （2）ABD； (3) max1=max2+mbx3
3.（2017·湖南師范大學附屬中學模擬）如圖所示是用于驗證動量守恒定律的實驗裝置。 彈性球1以細線懸掛于O點。 O點正下方的桌子邊緣有一個垂直的立柱，實驗時調整懸掛點，使彈力球1靜止時剛好接觸立柱上的球2，兩球處于靜止狀態。相同的高度。 將球 1 拉至 A 點并保持靜止，同時將球 2 放在柱子上。 釋放球1，當它擺動到懸掛點正下方時，與球2相撞。碰撞后，球1可以向左擺動至B點，并與球2一起落到水平地面上的C點。測量相關數據可以驗證兩個球1、2碰撞時動量守恒。 已測量彈性球1和2的質量m1和m2（m1>m2）。 A點到水平工作臺的距離為a，B點到水平工作臺的距離為b。 還：
(1) 仍需測量的量是__、和。
(2) 根據實測數據，本實驗動量守恒定律的表達式為__。
4． （2017·山東泰安一號模型）如圖所示，“碰撞實驗儀”可以用來驗證動量守恒定律，即研究兩個小球碰撞前后的動量關系在軌道的水平部分。
（1）實驗中必須滿足的條件是（填入選項的符號）。
A、溜槽軌道必須光滑
B、溜槽軌道末端切線水平
C. 入射球每次從同一高度從靜止處滾落
D、若入射球的質量為m1，被擊球的質量為m2，則m1>m2
(3) 如果兩球碰撞前后的動量守恒，則滿足的表達式為（用式（2）中測得的量表示）。
