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26张PPT)

(共26张PPT)
第一章 动量守恒定律
第4节　实验：验证动量守恒定律
问题1：碰撞的过程遵守什么规律呢
演示１：
质量相同的钢球碰撞
质量相差较多的钢球碰撞
演示２：
质量
速度
结论：以上现象说明两球碰撞后，速度发生了变化，当两球的质量关系发生变化时，速度变化的情况也不同（碰撞过程中，速度的变化与质量的大小有关）。

A
B
m1
m2

m1
m2
m1
m2
A
B
问题２：什么是一维碰撞？
问题探究３：一维碰撞前后那些量可能不变？做了怎样的猜想？
两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿同一直线运动。这种碰撞叫做一维碰撞。
实验思路
实验猜想

A
B
m1
m2

m1
m2
m1
m2
A
B
①碰撞前后物体质量不变，但质量并不描述物体的运动状态，不是我们追寻的“不变量”。
②必须在各种碰撞的情况下都不改变的量，才是我们追寻的不变量。
也许……
问题３：一维碰撞前后那些量可能不变？做了怎样的猜想？
实验猜想

A
B
m1
m2

m1
m2
m1
m2
A
B
也许……
问题４：如何处理矢量的方向呢？
设定坐标轴正方向，
与坐标轴方向一致，取正值，
否则取负值。
坐标轴正方向
问题６：怎样测量物体的质量呢？
问题５：实验成功的条件是什么，如何保证？
用天平测量物体的质量；
速度的测量：可以充分利用所学的运动学知识，如利用匀速运动、平抛运动，并借助于斜槽、气垫导轨、打点计时器和纸带等来达到实验目的和控制实验条件。
实验必须保证碰撞是一维的即两个物体在碰撞之前沿同一直线运动，碰撞之后还沿同一直线运动（对心碰撞）；
问题７：怎样测量物体的速度呢？
气垫导轨
碰撞滑块
光电门
L
挡光条
测出滑块经过光电门的时间t，
挡光条的宽度为L，
则滑块匀速运动的速度为
导轨水平
测速原理1：光电门测速
橡皮泥
θ
β
保证两绳等长
测速原理2：单摆测速

设摆绳长为L，测出摆角θ和β，
机械能守恒可得速度为
橡皮泥
测出相邻计数点间的距离Δx，

测速原理3：打点计时器测速
可得速度为
相邻计数点间的时间Δt，
光滑桌面通过平衡摩擦力获得
还有其他方案吗？
分析频闪照片中A、B滑块碰撞前后的位置情况，
设频闪时间间隔为Δ t，可得速度为

测速原理4 ：频闪照片测速
h
h
斜槽末端切向水平
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Δ t，可得速度为
为防止碰撞中A球反弹，有: mA＞mB
落点确定：
测速原理5：平抛测速

注意事项：
5、用正确的方法从落点的痕迹找出落点的位置.
3、实验中不需要测量时间，也不需要测量桌面的高度；
4、能正确判断小球碰撞前后的落点(m1>m2);
1、斜槽末端的切线要水平；
2、从同一高度释放小球 ；
O
P
M
N
碰撞前 碰撞后
质量(kg) m1= m2= m1= m2=
速度(m/s) v1= v2=
mv
mv2
需要考虑的问题
4
4
4
4
9
0
3
6
36
36
180
324
2
2
4.5
9
36
36
243
324
2
2
4
4
6
0
-2
4
12
12
72
72
0
3
碰撞前 碰撞后
质量(kg) m1= m2= m1= m2=
速度(m/s) v1= v2=
mv
mv2
需要考虑的问题
4
2
4
2
0
0
2
-4
0
0
48
0
0
9
6
6
36
36
324
216
在碰撞前后系统各部分的“mv”（矢量，要考虑方向）的总和是一个定值，我们给“mv”一个名称叫动量P。
结论：
该同学设计的实验步骤如下：
A.用天平测出小车A的质量为mA＝0.4 kg，
小车B的质量为mB＝0.2 kg
B.更换纸带重复操作三次
经典例题
1.某同学运用以下实验器材，设计了一个碰撞实验来寻找碰撞前后的不变量：电磁打点计时器、低压交流电源(频率为50 Hz)、纸带、表面光滑的长木板、带撞针的小车A、带橡皮泥的小车B、天平。
C.小车A靠近打点计时器放置，在车后固定纸带，把小车B放在长木板中间
D.把长木板平放在桌面上，在一端固定打点计时器，连接电源
E.接通电源，并给小车A一定的初速度vA
(1)请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来________。
(2)打点计时器打下的纸带中，比较理想的一条如图所示，根据这些数据完成表格。
ADCEB
碰撞前 碰撞后
A车 B车 AB整体
质量/kg
/m·s-1·kg-1
/kg·m·s-1
/kg·m2·s-2
0.4
0.2
0.6
速度/m·s-1
3.0
0
2.0
7.5
0
3.3
1.2
0
1.2
3.6
0
2.4
(3)根据以上数据猜想碰撞前后不变量的表达式为__________ _________。
mAvA＋mBvB＝(mA＋mB)v
2.两位同学用如图甲所示装置，通过半径相同的A、B两球的碰撞来“探究碰撞中的不变量”。
（1）实验中必须满足的条件是________。
A.斜槽轨道尽量光滑以减小误差
B.斜槽轨道末端的切线必须水平
C.入射球A每次必须从轨道的同一位置由静止滚下
D.两球的质量必须相等
BC
（2）测量所得入射球A的质量为mA，被碰撞小球B的质量为mB，图甲中O点是小球抛出点在水平地面上的垂直投影，实验时，先让入射球A从斜轨上的起始位置由静止释放，找到其平均落点的位置P，测得平抛射程为OP；再将入射球A从斜轨上起始位置由静止释放，与小球B相撞，分别找到球A和球B相撞后的平均落点M、N，测得平抛射程分别为OM和ON。根据课堂探究的不变量，本实验中表示碰撞前后不变量的表达式应为_______________________。
（3）乙同学也用上述两球进行实验，但将实验装置进行了改装：如图乙所示，将白纸、复写纸固定在竖直放置的木条上，用来记录实验中球A、球B与木条的撞击点。实验时，首先将木条竖直立在轨道末端右侧并与轨道接触，让入射球A从斜轨上起始位置由静止释放，撞击点为B′；然后将木条平移到图中所示位置，入射球A从斜轨上起始位置由静止释放，确定其撞击点P′；
再将入射球A从斜轨上起始位置由静止释放，与球B相撞，确定球A和球B相撞后的撞击点分别为M′和N′。测得B′与N′、P′、M′各点的高度差分别为h1、h2、h3。乙同学实验中表示碰撞前后不变量的表达式应为____________________。
如图所示,利用气垫导轨和光电门研究碰撞中的不变量,已知遮光片的宽度为L,两滑块质量分别为mA和mB,开始时滑块A和B相向运动,经过光电门的时间各自为ΔtA和Δ tB，碰撞后，滑块B和A先后以Δ tB′和Δ tA′ 经过右侧光电门，如果实验中测出碰撞前后两滑块的质量和速度乘积之和保持不变，
则可用题中条件写出所满足的关系式是_____________________________

Ｌ
课堂练习1


ABD


=1.4%


< 4%
保持不变
最大误差

解析
课堂练习2
T=0.02s

某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞过程中不变量的实验：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(包括橡皮泥)为310g，小车B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______________________________________________
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。
t2=7T=0.14s
t1=5T=0.10s
小车的A速度

AB相碰并粘合成一体速度

mAv1=0.310×2 kg·m/s =0.620 kg·m/s
(mA+mB)v2=(0.310+0.205)×1.2 kg·m/s
=0.618 kg·m/s
解析
课堂练习3
参考案例一中的几种情况