高中物理-實驗：驗證動量守恒定律教學設計學情分析教材分析課后反思

教學設計教學過程教師活動學生活動知識回顧復習回顧提問環(huán)節(jié)動量守恒定律內容動量守恒定律適用條件圖片中細線燒斷兩個小車動量都增加了，動量還守恒嗎？守恒動量是矢量規(guī)定正方向問題引導上節(jié)課在理論上證實了動量守恒定律本節(jié)課通過實驗證明動量守恒定律內容我們生活中的物體受到各種力的作用，難以滿足這種理想化的條件。但是，在某些情況下，可以近似滿足動量守恒的條件。兩個物體在發(fā)生碰撞時，作用時間很短。根據(jù)動量定理，它們的相互作用力很大。如果把這兩個物體看作一個系統(tǒng)，那么，雖然物體還受到重力、支持力、摩擦力、空氣阻力等外力的作用，但是有些力的矢量和為0，有些力與系統(tǒng)內兩物體的相互作用力相比很小。因此，在可以忽略這些外力的情況下，碰撞滿足動量守恒定律的條件。碰撞實際是一個極其復雜的情況，最初步的研究我們就找最簡單的情況，問題：什么樣的碰撞是最簡單的？給出三個動圖指出碰前碰后沿著一條直線運動的碰撞最簡單同一直線實驗方案問題：質量速度怎么測量方案一：利用打點計時器驗證動量守恒定律不足之處？方案二：利用氣墊導軌加光電門驗證動量守恒定律1、觀看實驗一動碰一靜碰后一起運動的實驗視頻板書進一步論證碰前碰后動量守恒。觀看老師用氣墊導軌做的實驗視頻思考怎樣驗證，給出老師得到的實驗數(shù)據(jù)，讓學生得出結論。天平測質量打點計時器光電門測速度只能測單一物體單一方向的速度摩擦力較大碰撞前后動量守恒，且動能不增加案例三：利用平拋運動規(guī)律驗證動量守恒定律結合實驗不住及手中器材思考討論：1、碰撞前后速度如何得到？2、實驗裝置中的重錘線什么作用？3、能用一組實驗的數(shù)據(jù)去分析實驗結果嗎？4、若要獲得多組數(shù)據(jù)求平均落點，對入射小球的釋放位置有無要求？5、斜面粗糙對實驗有影響嗎？找同學回答上面五個問題，結合問題，理清實驗思路及步驟。通過公式的書寫，知道并不需要得出速度只需測量水平位移就能驗證動量守恒。小組討論回答問題小組實驗學生小組合作實驗巡視了解學生操作，并提醒學生看看是重的碰輕的，還是輕的碰重的。發(fā)現(xiàn)輕的碰重的會反彈，為下一部分碰撞問題的進一步研究做鋪墊。實驗結論課堂小結結論：在誤差允許范圍內，小球碰撞前后質量與速度的乘積保持不變誤差分析：1.數(shù)據(jù)測量不準2調整水平失敗分析：又時不能發(fā)生一維碰撞老師總結：一、轉換測量量的方法讓我們一把尺子加天平驗證了碰撞的不變量，當你碰到困難時多方面去思考打開思路可能會別有洞天。就像伽利略在滴水計時的時代仍然驗證了自由落體運動的規(guī)律。紙上得來終覺淺絕知此事要躬行，看起來很簡單的實驗但也會失敗，物理學家學者們是付出了多少的努力遇到了多少的失敗才得到最終的結論。1.數(shù)據(jù)測量不準2調整水平課后習題補充把擋板豎直放置能否用來驗證兩小球碰撞過程中動量守恒？如果可以，寫出其表達式__________________。(用ma、mb、yM、yP、yN表示)學情分析學生通過必修課程的學習，已經(jīng)儲備了豐富的運動與相互作用關系的知識，初步形成了運動與相互作用觀和能量觀。本節(jié)主要是引導學生在初步掌握動量守恒定律的基礎上，利用已有的知識進行實驗設計、實驗觀察和數(shù)據(jù)分析。重點在于實驗的設計和數(shù)據(jù)分析上。效果分析通過本節(jié)課的學習學生對動量守恒定律以及平拋運動的規(guī)律有了更深的認識，對于幾種測速度的方法更加熟悉。學生了解了轉換測量量的思維方法，學會了利用平拋運動的規(guī)律去證明動量守恒定律的內容。通過實際案例分析，小組合作實驗，提高了學生的觀察分析能力，合作探究能力，以及實際動手操作能力。總結升華部分，讓學生從本節(jié)課上升到平時生活學習中，碰到困難轉換思維多方面考慮，學習上要腳踏實地。學生通過實驗的過程對于老師的總結有了更好的共鳴，學生反映較好。最后的課后思考，讓學生再次回到該實驗驗證，重點在速度的測量，再次鞏固轉換物理量測量方法以及平拋運動規(guī)律。教材分析教材在本節(jié)課之前已經(jīng)引導學生尋求碰撞不變量，又通過理論推導得出了動量守恒定律。本節(jié)課是通過實驗再來驗證動量守恒定律，課本中給出了實驗思路以及兩個參考案例，屬于驗證動量守恒定律里面的最基本案例。案例二利用平拋運動驗證動量守恒定律是在之前的舊教材中沒有，但是題目中又經(jīng)常碰到，新教材中很好的加入了這個案例。一、選擇題1.在“利用氣墊導軌驗證動量守恒定律”的實驗中,用到的測量工具有()A.停表、天平、刻度尺B.彈簧測力計、停表、天平C.天平、刻度尺、光電計時器D.停表、刻度尺、光電計時器2.(多選)在“研究斜槽末端小球碰撞時的動量守恒”實驗中,需要的測量工具有()A.停表 B.毫米刻度尺C.天平 D.彈簧測力計3.(多選)在利用斜槽實現(xiàn)兩小球的一維碰撞“驗證動量守恒定律”實驗中,必須測量的物理量是()A.入射小球和被碰小球的質量B.入射小球和被碰小球的半徑C.入射小球從靜止釋放時的起始高度D.斜槽軌道的末端到地面的高度E.不放被碰小球時,入射小球的水平射程F.入射小球和被碰小球碰撞后的水平射程4.在“研究斜槽末端小球碰撞時的動量守恒”實驗中,安裝斜槽軌道時,應讓斜槽末端保持水平,這樣做的目的是使()A.入射小球得到較大的速度B.入射小球與被碰小球對心碰撞后速度沿水平方向C.入射小球與被碰小球對碰時無動能損失D.入射小球與被碰小球碰后均能從同一高度飛出二、非選擇題5.如圖甲所示,在驗證動量守恒定律實驗中,在小車M的前端粘有橡皮泥,推動小車M使之做勻速運動,然后與原來靜止在前方的小車N相碰并連成一體,繼續(xù)做勻速運動。在小車M后連著紙帶,打點計時器的電源頻率為50Hz,長木板右端下面墊放小木片用以平衡摩擦力。甲(1)下列操作正確的是()A.一個車上裝上撞針是為了改變兩車的質量B.一個車上裝上橡皮泥是為了碰撞后粘在一起C.先接通打點計時器的電源,再釋放拖動紙帶的小車D.先釋放拖動紙帶的小車,再接通打點計時器的電源(2)若實驗所得打點紙帶如圖乙所示,并測得各計數(shù)點間距(已標在圖上)。A為運動起始打的第一個點,則應選段來計算M的碰前速度,應選段來計算M和N碰后的共同速度(以上兩空均填“AB”“BC”“CD”或“DE”)。

乙6.利用如圖所示的實驗裝置可驗證動量守恒定律。由于小球的下落高度是定值,下落時間是定值,所以,小球落在地面上的水平位移就代表了小球做平拋運動時水平初速度的大小,這樣碰前速度和碰后速度就可以用平拋運動的水平位移來表示。(1)以下要求正確的是。

A.入射小球的半徑應該大于被碰小球的半徑B.入射小球的半徑應該等于被碰小球的半徑C.入射小球每次應該從斜槽的同一位置由靜止?jié)L下D.斜槽末端必須是水平的(2)關于小球的落點,下列說法正確的是。

A.如果小球每次從斜槽的同一位置由靜止?jié)L下,重復幾次的落點一定是完全重合的B.由于偶然因素存在,重復操作時小球的落點不會完全重合,但是落點應當比較集中C.測定落點P的位置時,如果幾次落點的位置分別為P1、P2、…、Pn,則落點的平均位置OP=OD.用盡可能小的圓把各個落點圈住,這個圓的圓心位置就是小球落點的平均位置(3)實驗中記錄了軌道末端在記錄紙上的豎直投影為O點,經(jīng)多次實驗,在記錄紙上找到了兩球平均落點位置分別為M、P、N,并測得它們到O點的距離分別為OM、OP和ON。已知入射球的質量為m1,被碰球的質量為m2,如果測得m1·OM+m2·ON近似等于,則可證明碰撞中系統(tǒng)的動量守恒。

(4)在實驗中,根據(jù)小球的落點情況,若等式ON=成立,則可證明碰撞中系統(tǒng)的動能守恒[要求用第(3)問中涉及的物理量表示]。

7.如圖所示為“驗證動量守恒定律”的實驗裝置示意圖。入射小球質量為ma,被碰小球質量為mb。(1)因為下落高度相同的平拋小球(不計空氣阻力)在空中的飛行時間相同,所以我們在實驗中可以用作為時間單位。

(2)關于本實驗,下列說法正確的是()A.不放被碰小球時,入射小球的平均落點為N點B.斜槽的粗糙程度越小,實驗的誤差越小C.實驗之前,一定要將斜槽的末端調成水平D.入射小球與被碰小球滿足ma>mb,ra=rb(3)圖中M、P、N分別為入射小球與被碰小球的落點的平均位置,則實驗中要驗證的關系是()A.ma·ON=ma·OP+mb·OMB.ma·OP=ma·ON+mb·OMC.ma·OP=ma·OM+mb·OND.ma·OM=ma·OP+mb·ON8.如圖所示,某同學將兩塊質量分別為m1和m2的不同物塊用細線連接,置于光滑的水平桌面上,兩個物塊中間夾有一根壓縮了的輕質彈簧。燒斷細線,物塊從靜止開始運動,最終離開桌子邊緣做平拋運動。該同學通過必要的測量,以驗證物體間相互作用時的動量守恒。(1)該同學還需要的實驗器材是;

(2)本實驗中要直接測量的物理量是;

(3)用實驗中所測量的物理量,寫出需要驗證的關系式。

9.為了驗證碰撞中的動量守恒,利用氣墊導軌設計了如圖所示的實驗。主要的實驗步驟有:①如圖安裝好實驗裝置,打開充氣泵,調節(jié)氣墊導軌水平;②用天平測出滑塊A、B(包括它們上面的擋光片)的質量m1、m2;③用刻度尺測量光電門1、2的間距L,用游標卡尺測出擋光片的寬度d;④讓滑塊B停在兩光電門間某處,把滑塊A從光電門1的左側水平向右推,用與光電門相連的數(shù)字毫秒計時器讀出滑塊A通過光電門1時擋光片的擋光時間t1及碰撞后滑塊B通過光電門2時擋光片的擋光時間t2、滑塊A再次通過光電門1時擋光片的擋光時間t3。(1)上述步驟①中,判斷氣墊導軌已經(jīng)調節(jié)水平的方法是。

(2)如果滿足關系,可說明碰撞中動量是守恒的(用測得的物理量來表示)。

(3)關于該實驗,下列說法中正確的是。

A.滑塊A的質量小于滑塊BB.滑塊A推出的速度越小,實驗誤差一定越小C.氣墊導軌是否調節(jié)水平對實驗結果沒有影響課后反思舊教材中對于動量守恒定律的實驗是動量這一章的第一節(jié)，是一個探究實驗，難度比驗證實驗要更高一些，有的驗證部分沒有理論支持，不好去講解?，F(xiàn)在把實驗放在了動量、動量定律、動量守恒定律之后更好理解。之后跟著講解彈性碰撞、非彈性碰撞結合之前的實驗能夠給好的去分析動能情況。結合著學生的實驗體會再講腳踏實地、講變換思路學生有著更好的共鳴。本節(jié)課的學科核心素養(yǎng)物理觀念進一步加深對動量守恒定律及其守恒條件的理解。掌握打點計時器、光電門等測量速度的原理。加深對平拋運動規(guī)