物理人教版（2019）选择性必修第一册1.4实验：验证动量守恒定律（共36张ppt)

(共36张PPT)
第一章 动量守恒定律
1.4 实验：验证动量守恒定律
思考：动量守恒定律条件是什么？
动量守恒定律的适用条件是系统不受外力，或者所受外力的矢量和为0。
思考：在现实生活中，或者在实验室中，我们很难排除接触面摩擦力的作用，是不是没法做验证动量守恒定律的实验？
我们生活中的物体受到各种力的作用，难以满足系统不受外力这种理想化的条件。但是，可以创造内力远大于外力的实验情景，可以近似满足动量守恒的条件。
实验思路
思考：根据前面学习我们熟悉内力远大于外力的情境是哪种？
碰撞
思考：为了实验与计算方便我们应该设计怎样的碰撞？
实验思路
两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿这条直线运动，
一维碰撞
实验思路
实验思路
碰撞中的特殊情况——一维碰撞
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。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。
物理量的测量
根据动量的定义，很自然地想到，需要测量物体的质量，以及两个物体发生碰撞前后各自的速度。 m1，v1，v1′，m2，v2，v2′
物体的质量可用天平直接测量。
思考：实验中我们需要测量哪些物理量？
思考：物体质量如何测量？
物理量的测量
思考：物体速度如何测量？你掌握哪些方法可以测量物体速度？
方法一：光电门测速
方法二：打点计时器测速
方法三：机械能守恒角度测速
方四四：平抛运动规律测速
数据分析
检验：碰撞前后总动量是否守恒，即m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2
本案例中我们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。
方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
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。
实验装置
方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
2.实验原理
天平称量出滑块质量m1，m2，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 ，式中Δx为挡光片的宽度，为数字计时器显示的挡光片经过光电门的时间。
2.实验原理
方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
3.几种不同情形的碰撞
（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。
甲：滑块碰撞后分开
方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
3.几种不同情形的碰撞
（2）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，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。
乙：滑块碰撞后粘连
方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
3.几种不同情形的碰撞
（3）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，例如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。
丙：弹簧使静止滑块分开
方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
3.实验步骤
（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）安装好安装光电门、气垫导轨并调节气垫导轨水平。
（3）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。
（4）验证：滑块碰撞前后动量守恒。
（5）整理实验仪器。
方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
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。
思考：如果物体碰撞后的速度方向与原来的方向相反，应该怎样记录？
碰撞前 碰撞后
质量 m1=0.10kg m2=0.15kg m1=0.10kg m2=0.15kg
速度 V1=0.4m/s V2=-0.2m/s V1 =-0.32m/s V2 =0.28m/s
mv m1v1+m2v2= m1v1 +m2v2 =
4.实验数据
甲:滑块碰撞后分开
0.01kg·m/s
0.01kg·m/s
方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
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，碰撞前后动量守恒。
方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
4.实验数据
乙:滑块碰撞后粘连
碰撞前 碰撞后
质量 m1=0.10kg m2=0.15kg m1=0.10kg m2=0.15kg
速度 V1=0.2m/s V2=0.628m/s V1 =0.373m/s V2 =0.373m/s
mv m1v1+m2v2= m1v1 +m2v2 =
0.094kg·m/s
0.093kg·m/s
方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
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，使两个滑块连成一体运动时，两个滑块组成的系统动量守恒。
方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
碰撞前 碰撞后
质量 m1=0.10kg m2=0.15kg m1=0.10kg m2=0.15kg
速度 V1=0 V2=0 V1 =0.225m/s V2 =-0.15m/s
mv m1v1+m2v2= m1v1 +m2v2 =
4.实验数据
丙：弹簧使静止滑块分开
0
0
方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
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，两个滑块组成的系统动量守恒。
方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
系统不受外力，或者所受外力的矢量和为0，在实验误差允许范围内，两滑块组成的系统动量守恒。
方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
5.实验结论：
注意：利用气垫导轨进行实验，调整气垫导轨时，注意利用水平仪确保导轨水平。
6.系统误差
主要来源于装置本身是否符合要求，即：
①碰撞是否为一维碰撞。
②实验是否满足动量守恒的条件。
(2)偶然误差：主要来源于质量和速度的测量。
方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
1.实验器材：斜槽、大小相等质量不同的小球两个、重垂线、白纸、复写纸、天平、刻度尺、圆规、三角板。
方案二：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
2.实验原理：用两个大小相同，质量不相等的小球的碰撞来研究动量。
O
P
M
N
m1
m2
入射小球
被碰小球
入射小球发生碰撞前的落地点P。碰撞后入射小球落地点的平均位置M，被碰小球落地点的平均位置N。
方案二：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
m1
m2
O
P
M
N
入射小球
被碰小球
要验证的关系是
因平抛的时间相同，则
故应验证的关系式为:
方案二：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
2.实验原理：
m1 OP= m1 OM+m2 O N
1. 先用天平称量出两个小球的质量m1、m2。
3. 在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸。
2. 安装好实验装置，注意使实验器的斜槽末端点的切线水平。
4. 在白纸上记下重垂线所指的位置 O，它表示入射小球和被碰小球开始平抛的位置。
方案二：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
3.实验步骤：
O
P
M
N
m1
m2
入射小球
被碰小球
5. 先不放被碰小球，让入射小球从斜槽上同一位置处静止滚下，重复 10 次，用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面，圆心就是入射小球不碰撞时的落地点。
圆心即为小球平均落点
方案二：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
3.实验步骤：
O
P
M
N
m1
入射小球
6. 把被碰小球放在斜槽轨道末端，让入射小球从同一位置静止滚下，使它们发生正碰，重复 10 次，同理求出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。
7. 用刻度尺测出线段 OM、OP、ON 的长度，把两小球的质量和相应的水平位移数值代入m1OP＝m1OM＋m2ON，看等式是否成立。
方案二：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
3.实验步骤：
O
P
M
N
m1
m2
入射小球
被碰小球
1.斜槽末端的切线必须水平；
2.每次小球下滑要从同一位置处由静止释放；
3.要保证对心碰撞，两球必须大小相等；
4. 小球的诸多落点要用用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落点都圈在里面，该小圆的圆心即为小球的平均落点 ；
5. 入射小球的质量m1和被碰小球的质量m2的大小关系是m1 > m2 ， 以免碰撞后小球反弹
方案二：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
4.注意事项
5.数据处理
本实验运用转换法，即将测量小球做平抛运动的初速度转换成测平抛运动的水平位移。
方案二：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
碰撞前后质量 碰撞前水平距离 碰撞后水平距离
入射小球 m1=45g OP=44.80cm OM=35.20cm
被碰小球 m2=7.5g ON=55.60cm
6.实验记录
分析：两球碰撞前的动量之和：
p＝m1OP＝45.0×44.80g·cm
＝2016g·cm，
方案二：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
碰撞后的总动量：
p′＝m1OM＋m2ON
＝(45.0×35.20＋7.5×55.60) g·cm
＝2 001g·cm。
结论：在实验误差允许范围内，在斜槽末端两小球组成的系统碰撞时动量守恒。
7．误差分析
(1)系统误差
主要来源于装置本身是否符合要求，即：
①碰撞是否为一维碰撞。
②实验是否满足动量守恒的条件。如斜槽末端切线方向是否水平，两碰撞球是否等大。
(2)偶然误差：主要来源于质量和速度的测量。
方案二：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
方案二：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
小结
小结
一、研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒