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43张ppt)

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名称 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43张ppt)
格式 zip
文件大小 36.4MB
资源类型 教案
版本资源 人教版(2019)
科目 物理
更新时间 2022-08-23 22:35:39

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文档简介

(共43张PPT)
§4 实验:验证动量守恒定律
高二物理(人教版2019)
选择性必修 第一册
回顾复习:
1.系统动量守恒的条件是什么?
新课引入
(1)系统不受外力;(理想条件)
(2)系统受到外力,但外力的合力为零;(实际条件)
(3)系统所受外力合力不为零,但系统内力远大于外力,外力相对来说可以忽略不计,因而系统动量近似守恒;(近似条件)
(4)系统总的来看虽不符合以上三条中的任何一条,但在某一方向上符合以上三条中的某一条,则系统在这一方向上动量守恒.(单向条件)
回顾复习:
2.系统满足动量守恒定律的公式是什么?
新课引入
(1)m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'
(2)m1 v1= -m2 v2
上一节课我们分别通过动量定理和牛顿运动定律两个不同的角度,理论上证明了动量守恒定律,那么我们如何通过实验来加以验证呢?
实验思路
01
物理量的测量
02
学习目标
本节课学习内容
实验方案及数据分析
03
新课讲授
生活中的实例
母球撞击彩球
1.生活中的这些实例,物体或人所受合外力是否为零?
冰壶碰撞
速滑接力比赛
2.我们是否可以对物体或人组成的系统应用动量守恒定律?
思考与讨论:
新课讲授
一、实验思路
碰撞过程——尽管生活中碰撞的物体所受合外力不能为零,但在这一过程中往往内力远大于外力,我们可以近似认为碰撞满足动量守恒定律的条件。
1.生活中什么样的过程可以尽可能的满足动量守恒的条件?
2.实验室中,我们为了实验验证的方便应该设计怎样的碰撞?
一维碰撞——碰撞前后两物体沿同一直线运动,便于数据收集和分析。
二、物理量的测量
1.根据动量守恒定律的表达式:m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2',实验中我们需要测量哪些物理量?
新课讲授
思考与讨论:
(1)测量物体的质量:m1和m2
(2)测量物体碰撞前后的速度:v1、v2、v1'、v2'
二、物理量的测量
2.如何测两个物体的质量?
新课讲授
思考与讨论:
物体质量可用天平直接测量
3.如何测量物体碰撞前后的速度?根据你所学以往知识能说出几种?
(1)利用打点计时器测速
(2)利用光电门测速
(3)利用机械能守恒定律测速
(4)利用平抛运动测速
三、实验方案及数据分析
新课讲授
可供选择的实验器材:
打点计时器 刻度尺 气垫导轨 铁架台
斜槽 光电门 学生电源 重锤线
滑块(带遮光板) 白纸 复写纸 钢球
塑料球 长1m的细绳 长木板 纸带
圆规 照相机 弹性碰撞架 弹簧和弹簧片
天平 砝码 撞针 橡皮泥
你是否可以从以上器材中选择其中的一些,设计除符合要求的实验方案来?
三、实验方案及数据分析
新课讲授
【参考方案一】
1.实验器材:
气垫导轨、光电门、天平、两个滑块(带遮光板)、砝码、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、撞针、橡皮泥。
三、实验方案及数据分析
新课讲授
2.实验中需要测量的物理量:
(1)质量的测量:用天平测量滑块的质量。
(2)速度的测量:利用公式 ,式中d为滑块(挡光片)的宽度,Δt为计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门所对应的时间。
三、实验方案及数据分析
新课讲授
3.实验研究方式:
(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
三、实验方案及数据分析
新课讲授
3.实验研究方式:
(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。
三、实验方案及数据分析
新课讲授
3.实验研究方式:
(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。
三、实验方案及数据分析
4.实验演示:
三、实验方案及数据分析
新课讲授
5.实验步骤:
(1)用天平测出两滑块的质量,用刻度尺测出滑块上挡光片的宽度。
(2)安装好气垫导轨,调节导轨下面的调节旋钮,直到调至导轨水平。
(3)使两滑块依次按照以上三种方式,记录挡光时间,计算滑块碰撞前后的速度。
(4)数据处理,实验验证滑块碰撞前后动量守恒。
(5)整理仪器。
三、实验方案及数据分析
新课讲授
思考与讨论:
(1)气垫导轨的作用是什么?步骤第二步为什么调至导轨水平?你能想出哪些方法?
(2)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?
三、实验方案及数据分析
新课讲授
6.收集数据,填入表格:
质量m 速度v
次数 A滑块m1 B滑块m2 A碰前v1 B碰前v2 A碰后v'1 B碰后v'2
1
2
3
三、实验方案及数据分析
新课讲授
7.实验验证和结论:
总动量
次数 碰前(m1v1+m2v2) 碰后(m1v1'+m2v2')
1
2
3
结论:在实验误差允许范围内,两滑块组成的系统动量守恒。
三、实验方案及数据分析
新课讲授
【参考方案二】
1.实验器材:
斜槽、同体积的钢球两个、重垂线、白纸、复写纸、天平、刻度尺、圆规。
三、实验方案及数据分析
新课讲授
2.实验中需要测量的物理量:
(1)质量的测量:用天平测量测小球的质量。
(2)速度的测量:利用公式 ,式中x为小球平抛的水平位移,t为小球平抛运动落地时间,但也可以不测速度的具体数值。
三、实验方案及数据分析
新课讲授
思考与讨论:为什么可以不测小球速度的具体数值,也可验证动量守恒定律?
m1v1=m1v1'+m2v2'
(1)若A球(m1)和B球(m2)碰撞满足动量守恒,则有:
m1v1t = m1v1't+m2v2't
(2)因两球平抛时间相同,则有:
m1xOP = m1xOM+m2xON
(3)可验证关系:
三、实验方案及数据分析
新课讲授
3.实验演示:
三、实验方案及数据分析
新课讲授
4.实验步骤:
(1)用天平测出两个小球的质量,并选定质量大的小球为入射小球。
(2)按照图所示,安装实验装置。调整固定斜槽,应使斜槽末端水平,即在水平槽上放置小球,小球能够保持静止,说明槽口末端水平。
(3)在水平地面上适当位置铺放白纸,在白纸上铺放复写纸,记下铅垂线所指的位置O(斜槽末端)。
三、实验方案及数据分析
新课讲授
4.实验步骤:
(5)把被碰小球放在斜槽末端,让入射小球从同一高度滚下,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和被碰小球的落点的平均位置N。
(4)不放被碰小球,让入射小球从斜槽上某固定高度滚下,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。
圆心即为小球平均落点
(6)连接ON,测量线段OP、OM、ON的长度。将测量数据填入表中。
三、实验方案及数据分析
新课讲授
5.收集数据处理,实验验证结论:
实验 次数 入射小球A的 质量m1/g 被碰小球B的 质量m2/g OP (cm) OM (cm) ON (cm) 碰前 动量 碰后
动量
1
2
3
结论:碰撞前两小球的动量之和等于碰撞后两小球的动量之和。
三、实验方案及数据分析
新课讲授
6.注意事项:
(1)斜槽末端点的切线要水平。
(2)入射小球的质量大于被碰小球的质量。
(3)每次入射小球在斜槽上同一高度自由滚下。
(4)白纸铺好后不能移动。
三、实验方案及数据分析
新课讲授
以上两个实验方案是常见的两种方法,根据你所学的知识,并结合前面所提供的实验器材,你还可以设计出哪些实验方案,实现对动量守恒定律的验证?
思考与讨论:
课堂小结
验证动量守恒定律
(2)数据测量:由m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'知,需测质量和速度
(3)实验方案
(1)实验思路: 利用一维内力远大于外力碰撞的方式,验证动量守恒
①气垫导轨光电门法
②平抛运动替代法
1.某同学用如图所示的实验装置验证动量守恒定律,所用器材包括:气垫导轨、滑块1(上方安装有宽度为d=5.5mm的遮光片,左侧有撞针)、滑块2(右侧粘有橡皮泥)、两个与计算机相连接的光电门、天平等。
安装好器材后进行如下操作:
A.将两个光电门A、B隔开一段适当距离固定在导轨上,调节气垫导轨使其水平;
B.用天平测出滑块1(含遮光片、撞针)的质量,滑块2(含橡皮泥)的质量;
课堂练习
C.将粘有橡皮泥的滑块2放置在两光电门A,B之间,装有撞针的滑块1放在光电门A的右侧,瞬间将滑块1推向滑块2,记下安装在滑块1上的遮光片通过光电门A的遮光时间 t1;
D.两滑块相碰后,撞针插入橡皮泥中,使两个滑块连成一体运动,记下遮光片通过光电门B的遮光时间 t2;
E.只改变滑块的质量,重复上述实验步骤。
课堂练习
(1)某次实验中得到的一组数据为m1=0.210kg,m2=0.400kg, t1=2.750×10-3s, t2=8.090×10-3s,计算可得碰撞前两滑块的总动量 p1=________kg·m/s,碰撞后两滑块的总动量 p2=________kg·m/s。(结果均保留两位有效数字)
(2)由以上实验数据可以得到的结论是 ,引起误差的原因为 (写出一条原因即可)。
课堂练习
0.42
0.41
在误差允许的范围内滑块1、滑块2在碰撞前后动量守恒
气垫导轨没有调水平、空气阻力的影响
课堂练习
【答案】 0.42 0.41 在误差允许的范围内滑块1、滑块2在碰撞前后动量守恒 气垫导轨没有调水平、空气阻力的影响
【详解】
(1)[1]代入数据计算碰撞前的总动量为:
[2]碰撞后的总动量为:
(2)[3]在误差允许的范围内滑块1,滑块2在碰撞前后动量守恒;
[4]该实验存在误差的可能原因为气垫导轨未调水平、空气阻力的影响等等。
2.在“探究碰撞中的不变量”实验中,通过碰撞后做平抛运动测量速度的方法来进行实验,实验装置如图甲所示,实验原理如图乙所示。
课堂练习
(1)实验室有如下A、B、C三个小球,则入射小球应该选取_______进行实验(填字母代号);
A. B. C.
课堂练习
A
(2)关于本实验,下列说法正确的是_______(填字母代号);
A.斜槽必须足够光滑且安装时末端必须保持水平
B.小球每次都必须从斜槽上的同一位置静止释放
C.必须测量出斜槽末端到水平地面的高度
D.实验中需要用到秒表测量小球空中飞行的时间
课堂练习
B
(3)小球释放后落在复写纸上会在白纸上留下印迹。多次试验,白纸上留下了10个印迹,如果用画圆法确定小球的落点P,图丙中画的三个圆最合理的是_______(填字母代号);
课堂练习
C
课堂练习
(4)用刻度尺测量M、P、N距O点的距离依次为x1、x2、x3,通过验证等式_______是否成立,从而验证动量守恒定律(填字母代号);
A.
B.
C.
D.
C
课堂练习
(5)若两球发生弹性碰撞,则下列式子成立的是_______(填字母代号)。
A.
B.
C.
D.
A
【答案】 A B C C A
【详解】(1)[1]为了保证入射小球碰撞后不反弹,入射球的质量要大于被碰球的质量,为了使两球发生对心碰撞,则要求两球的半径相同,故入射球选择直径为d1、质量为m1的小球,被碰球选择直径为d1、质量为m2的小球。故选A。
(2)[2]A.小球每次从斜槽的同一位置滚下,不需要斜面光滑,且为使小球做平抛运动,斜槽的末端需调成水平,A错误;
B.为了让小球每次平抛的速度相等,实验中需要让小球每次都必须从斜槽上的同一位置静止释放,B正确;
CD.两个小球下落时间相同,可以用位移代替初速度,故不需要求出时间,所以不需要测量高度,CD错误;故选B。
(3)[3]如果采用画圆法确定小球的落点,应该让所画的圆尽可能把大多数落点包进去,且圆的半径最小,这样所画圆的圆心即为小球落点的平均位置,故C最合理。
(4)[4]入射球碰撞前的速度为:
碰撞后入射球和被碰球的速度分别为:
根据动量守恒定律: 有联立可得: ,
故选C。
(5)[5]根据机械能守恒定律,有
因 ,以及速度的表达式联立可得
根据 可得
联立消掉x3,可得到x1和x2的关系为 代回
可得 ,故A正确,BCD错误。
本节课结束
谢谢聆听