1.4实验：验证动量守恒定律课件(共41张PPT)

(共41张PPT)
实验：验证动量守恒定律
4
第一章 动量守恒定律
人教物理选择性必修1
一、实验思路
m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′
m1，v1，v1′，
m2，v2，v2′
检验：碰撞前后总动量是否守恒，即
1.确定实验的研究系统；
2.如何使系统所受合外力为零；
3.需要测量的物理量.
二、物理量的测量
三、数据分析
1.实验器材
气垫导轨、光电计时器、天平、滑块两个(带挡光片)、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥。
方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
四 设计实验
2.实验原理
1）质量的测量：
2）速度的测量：
利用公式 测出碰前m1的速度v1和碰后m1的速度v1 和m2的速度v2
Δx—遮光条宽度
Δt—遮光条经过光电门的时间
3）利用加重物来改变滑块的质量
天平称量出滑块质量m1，m2
4)不同碰撞情况的实现：
①原来连在一起的物体由于有相互斥力而分开，这也是一种碰撞，如图甲，烧断细线，弹簧片弹开后落下，两个滑块随即向相反方向运动。
②在两滑块相碰的端面装上弹性碰撞架可以得到能量损失很小的碰撞，如图乙。
③在两个滑块的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥，碰撞时撞针插入橡皮泥中，把两个滑块连成一体运动，这样可以得到能量损失很大的碰撞，如图丙。
3.实验步骤
(4)使两滑块依次发生甲、乙、丙图所示的碰撞情况，记录挡光时间，计算滑块碰撞前后的速度。
(1)用天平测量两滑块的质量m1、m2，填入预先设计好的表格中。
(2)安装光电门，使两个光电门之间的距离约为50cm。
(6)整理实验仪器.
(5)改变滑块质量，重复步骤(4)。
(7)数据处理，寻找守恒量.
(3)导轨通气后，调节气垫导轨水平，使滑块在气垫导轨上保持不动或稍微左右摆动。
碰撞前质量 m1=4kg m2=2kg 碰撞前速度
v1=9m/s 碰撞前速度v2=0
碰撞后速度
=6m/s 碰撞后速度
=6m/s
光电门测速：测出滑块经过光电门的时间t，遮光片宽度为d，则滑块匀速运动的速度为，v=d/t
4.注意事项
1）保证是一维碰撞。
2）气垫导轨是一种精度较高的现代化教学仪器。切忌振动、重压，严防碰伤和划伤，绝对禁止在不通气的情况下将滑行器在轨面上滑磨。调整水平时注意利用水平仪。
3）由于碰撞的情形很多，猜想的不变量只有在各种方案中都不变才能符合要求，成为实验结论。
4）考虑到速度的矢量性，记录数据时应规定正方向。若速度方向与规定的正方向相同，则速度取正值，若速度方向与规定方向相反，则取负值。
5.误差分析
(1)碰撞可能不是精确的一维碰撞。
(2)碰撞中其他力(例如：摩擦力、空气阻力等)的影响
带来的误差。
(3)测量和读数的准确性带来的误差，实验中应规范测
量和读数，同时增加测量次数，取平均值，尽量减
小偶然误差的影响。
【实验目的】
验证碰撞中两小球的总动量守恒
【实验原理】
质量为m1和m2两个小球发生正碰，若碰前m1运动， m2静止，
m1 >m2
m1
m2
为防止碰后反弹
2 平抛测速：测出碰撞前后各球落点到O间的距离
XOP、XOM、XON，各球空中运动时间均相同，设为
t，可得速度为
v =x/t
1，用天平测出各球质量mA，mB
需测量的物理量：
研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
【实验器材】
碰撞实验器（斜槽）、半径相同质量不同的小球两个、重垂线一条、白纸、复写纸、天平、刻度尺、圆规
m1
只有入射小球从固定点下落时的情况
实验过程动画模拟
O
P
m1
m2
碰撞前后的动态过程
实验过程动画模拟
M
N
O
P
M
N
O
P
m1
m2
碰撞后的轨迹示意图
实验过程动画模拟
【实验步骤】
1.用天平测出两个小球的质量m1、m2。选质量大的作为入射球m1
游码
调平旋钮
左物右码
【实验步骤】
2.按图安装好实验装置，使斜槽的末端切线水平（检测）
3.在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸，当小球落在复写纸上时，便在白纸上留下了小球落地的痕迹。
4.在白纸上记下重锤线所指的位置O
【实验步骤】
5.先不放上被碰小球，让入射小球从斜槽上同一高度滚下，重复10次，用尽可能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
6.把被碰小球放在斜槽前端边缘处，让入射小球从原来的高度滚下，使它们碰撞。重复实验10次，用同样的方法标出碰撞后入射小球落点的平均位置M和被碰小球落点的平均位置N
【实验步骤】
7.用刻度尺测量线段OM、OP、ON的长度。把两个小球的质量和相应的长度数值代入m1OP=m1OM+m2ON看是否成立。
8.整理好实验器材放回原处
【数据处理】
需验证：
？
相同的量取相同的单位即可
知识海洋
【注意事项】
1．斜槽末端的切线必须 水平 。
2．入射小球每次都必须从斜槽上 同一高度由静止释放。
3．入射小球的质量应 大于被碰球的质量。
4．实验过程中实验桌、斜槽、记录的白纸的位置始终保持不变。
5．m1·OP=m1·OM+m2·ON式中相同的量取相同的单位即可。
【数据分享】
m1 m2 OP OM ON
16.24g 5.22g 13.65cm 8.21cm 21.99cm
16.32g 5.22g 13.80cm 7.95cm 21.60cm
m1×OP 221.676 225.216
m1×OM 133.330 129.744
m2×ON 114.788 112.752
m2×ON+m1×OM 248.118 242.496
本处主要探讨因操作不规范等引起的偶然误差。
1．斜槽末端若不水平，则得不到准确的平抛运动而造成误差；
2．若两球不能正碰，则误差较大；
3．O、P、M、N各点定位不准确带来了误差；
4．测量和作图有偏差；
5．仪器和实验操作的重复性不好，使得每次做实验时不是统一标准。
【误差分析】
2.实验步骤
4）不放被碰小球，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P就是小球落点的平均位置。
1）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）按要求安装好实验装置，并调整斜槽使斜槽末端切
线水平。
3）白纸在下，复写纸在上，在适当位置铺放好。在白纸
上记下斜槽末端重垂线所指的位置O。
6）测量OP、OM、ON的长度，在误差允许的范围内，看
m1·OP＝m1·OM＋m2·ON是否成立。
5）把被碰小球放在斜槽末端，让入射小球从斜槽上同一高度
自由滚下，使它们发生碰撞，重复实验10次。用步骤4的
方法，标出碰后入射小球落点的平均位置M和被碰小球落
点的平均位置N。
8）整理好实验器材并放回原处。
7）使入射小球从斜槽不同高度处滚下，重复(4)(5)(6)。
教学内容
实验注意事项:
1，在本实验中，入射球每次滚下都应从斜槽上的同一位置无初速释放，使小球每次都以相同的速度到达斜槽末端
2，安装斜槽轨道时，应让斜槽末端点的切线保持水平使入射球与被碰小球对心碰撞后的速度为水平方向
3.实验过程中实验桌、斜槽、记录的白纸的位置要始终保持不变。
②采取多次测量求平均值的方法来减小偶然误差。
改进措施
①设计方案时应保证碰撞前后两物体的速度是否沿同一条
直线，且尽量满足动量守恒的条件。
随堂练习
在探究碰撞中的不变量时，采用如图所示的实验装置，仪器按要求安装好后开始实验，第一次不放被碰小球，第二次把被碰小球直接静止放在斜槽末端的水平部分，在白纸上记录重锤位置和各小球落点的平均位置依次为O、A、B、C，则下列说法中正确的是( )
A．第一、二次入射小球的落点依次是A、B
B．第一、二次入射小球的落点依次是C、B
C．第二次入射小球和被碰小球将同时落地
D．第二次入射小球和被碰小球不会同时落地
C
2、在本实验中，不需要测量的物理量有
A、入射小球和被碰小球的质量
B、入射小球和被碰小球的直径
C、斜槽轨道的末端距地面的高度
D、入射球开始滚下时的初始位置
与碰撞前位置的高度差
E、入射球未碰撞时飞出的水平距离
F、入射球和被碰球碰撞后飞出的水平距离
CD
随堂练习
3，下列关于打点计时器或光电门的测速说法不正确的是( )
A．打点计时器使用的电源是直流电源
B．打点计时器两计时点之间的时间间隔等于电源的周期
C．光电门的挡光板越窄越好
D．使用打点计时器时，要先接通电源，再松开纸带
A
随堂练习
4，在小车A的前端粘有橡皮泥，推动小车A使之做匀速运动．然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体，继续做匀速运动，他设计的具体装置如图所示．在小车A后连着纸带，电磁打点计时器电源频率为50Hz，测得小车A的质量为310g，小车B(包括橡皮泥)的质量为205g，计算可知，两小车相互作用前质量与速度的乘积之和为___ kg·m/s；两小车相互作用以后质量与速度的乘积之和为______ kg·m/s(保留三位有效数字)。两结果不完全相等的主要原因是什么？
0.620
0.618
纸带与打点计时器的限位孔及小车与木板间有摩擦。
随堂练习
5 在本实验中，入射球每次滚下都应从斜槽上的同一位置无初速释放，这是为了使：
A、小球每次都能水平飞出槽口
B、小球每次都以相同的速度飞出槽口
C、小球在空中飞行的时间不变
D、小球每次都能对心碰撞
B
应用探究
例.如图所示，用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。
(1)实验中，直接测量小球碰撞前后的速度是不容易的，但是，可以通过测量____(填选项前的符号)，间接地解决这个问题。
A.小球开始释放高度h
B.小球抛出点距地面的高度H
C.小球做平抛运动的射程
C
应用探究
（2）图中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影，实验时，先让入射球多次从斜轨上S位置由静止释放，找到其平均落地点的位置P，测量OP。然后，把被碰小球静置于轨道的水平部分，再将入射球从斜轨上S位置由静止释放，与被碰小球相碰，并多次重复。接下来要完成的必要步骤是______(填选项前的符号)。
A.用天平测量两个小球的质量m1、m2
B.测量入射小球开始释放高度 h
C.测量抛出点距地面的高度 H
D.分别找到两小球相碰后平均落地点的位置M、N
E.测量平抛射程OM 、ON
ADE
应用探究
例. 某同学在做“验证动量守恒定律”的实验中，实验室具备的实验器材有：斜槽轨道，两个大小相等、质量不同的小钢球 A、B，刻度尺，白纸，圆规，重垂线一条。实验装置及实验中小球运动轨迹及落点平均位置如图甲所示。
应用探究
（1）对于实验中注意事项、测量器材和需测量的物理量，下列说法中正确的是__________。
A. 实验前轨道的调节应注意使槽的末端的切线水平
B. 实验中要保证每次 A 球从同一高处由静止释放
C. 实验中还缺少的测量器材有复写纸和秒表
D. 实验中需测量的物理量只有线段 OP、 OM 和 ON 的长度
（2）实验中若小球 A 的质量为 m1，小球B的质量为m2，当 m1 > m2 时，实验中记下了 O、M、P、N 四个位置，若满足____________________________（用 m1、 m2、OM、 OP、ON 表示），则说明碰撞中动量守恒。
AB
m1 · OP = m1 · OM + m2 · ON
应用探究






解：
1∶2
5．某同学用如图所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来验证动量守恒定律．实验时先使A球从斜槽上某一固定位置G由静止开始滚下，落到位于水平地面的记录纸上，留下痕迹．重复上述操作10次，得到10个落点痕迹．再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让A球仍从位置G由静止开始滚下，和B球碰撞后，A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹．重复这种操作10次，得到了如图所示的三个落地点．
(1)请你叙述用什么方法找出落地点的平均位置？____并在图中读出OP＝______．
(2)已知mA∶mB＝2:1，碰撞过程中动量守恒，则由图可以判断出R是___球的落地点，P是___球的落地点．
(3)用题中的字母写出动量守恒定律的表达式______________
13.0 cm
(1)用最小的圆把所有落点圈在里面，圆心即为落点的平均位置.
B
A
mA·OQ＝mA·OP＋mB·OR
感谢
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