动量守恒、能量守恒定律的验证
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1、科学素养
1.1 科学素养:
“碰撞”在物理学中表现为两粒子或物体间极短的相互作用。碰撞前后的参与物都会发生速度、动量或能量的改变。
动量守恒定律是一个实验规律,也可用牛顿第三定律结合动量定理推导出来。能量守恒定律,即热力学第一定律,是许多物理定律的特征。
动量守恒定律由空间平移不变性推出,能量守恒定律由时间平移不变性推出。它们既适用于宏观物体之间的碰撞,也适用于微观粒子之间的碰撞。而且,他们适用于包括力学现象在内的整个平直时空中的物理学。
1.2 科技发展和思政元素:
落体运动和碰撞过程是人们研究最早的力学现象。目前,物体之间的碰撞、粒子间的碰撞仍然是物理学中极其重要的研究课题。
教学中可以结合动量守恒定律和能量守恒定律的发展历程、相关实验和生产、生活中的宏观/微观碰撞现象等相关内容。
2、分层次实验教学内容
a)基础内容
1. 了解实验装置的结构、工作原理,并调整实验装置。
2. 观测两个物体在弹性碰撞/非弹性碰撞前后的运动状态,了解各种碰撞动能的变化特点以及碰撞过程的恢复系数的特点,验证动量守恒定律和机械能守恒定律。
b)提升内容
分析弹性碰撞前后可能存在的各种能量和动量损失,改变实验参量进行相应的实验测量,分析研究误差的影响因素。
c)进阶内容
利用Tracker等软件辅助实验测量,对实验测量结果和能量损失情况进行分析,进而对理论公式进行修正。
d)高阶内容
分析实验误差、改进实验方法,利用修正后的理论公式进行实验。
3、能力培养
1. 培养学生力学实验的基本技能,包括长度、质量和时间的测量等;
2. 通过对实验误差及其产生原因的正确分析、评估,加强学生对物理原理、现象的认识和掌握,培养学生对实验误差的科学表达能力,进而优化实验测量方案;
3. 培养学生设计并优化实验测量方案的实验能力;
4. 培养学生的质疑、探究、物理建模能力和逻辑思维能力;
5. 培养学生实验研究物理现象及其规律的自信心和成就感。
4、知识点
正碰;斜碰;(完全)弹性碰撞;非弹性碰撞;恢复系数; 平抛;动量守恒;能量守恒和转化定律;机械能守恒; 牛顿第一定律;牛顿第二定律。
5、学科关联
凝聚态物理,原子和分子物理及相关交叉学科, 天体物理,粒子物理与原子核物理, 流体力学,爆炸力学, 体育学,交通运输,机械动力学等
6、延伸实验
卢瑟福散射,弗兰克-赫兹实验,重离子碰撞。
讨论区
欢迎大家留言讨论! — 乐永康 2019/12/05 13:01