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20张ppt）

(共20张PPT)
实验：验证动量守恒定律
一、实验目的
验证动量守恒定律。
二、实验原理
在一维碰撞中，测出物体的质量m和碰撞前、后物体的速度v、v′，找出碰撞前的动量p＝m1v1＋m2v2及碰撞后的动量p′＝m1v1′＋m2v2′，看碰撞前、后动量是否守恒。
实验：验证动量守恒定律
实验方案（很多样）
方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
气垫导轨
碰撞滑块
光电门
L
导轨水平
挡光条
1.实验器材：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块（两个）、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等。
2.实验原理（很简单）
（1）质量的测量：天平称量出滑块质量m1，m2
（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
（4）不同碰撞情况的实现：
一个运动滑块撞击静止滑块。
（mAv+mB·0=mA·0+mBv）两者交换速度，
两个静止滑块被弹簧片弹开，一个向左，一个向右 0=mAv-mBv
运动滑块撞击静止滑块，撞后两者粘在一起。mAv=(mA+mB)v共
mA=mB
弹性碰撞
非弹性碰撞
弹性碰撞
弹性碰撞架
3.实验步骤（很好记）
(4)使两滑块依次发生上图三种碰撞情况，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，数据处理，寻找守恒量。
(5)改变滑块质量，重复步骤(4)。
(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。
1.实验之前需要将气垫导轨调节水平；
注意事项
2.实验时应该确保发生的是一维碰撞；
3.测量挡光片的宽度时应尽量减小误差；
参考案例2 研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
铁架台、斜槽、大小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、三角板。
1.实验器材：
h
斜槽末端切向水平
为防止A球反弹， m1＞m2
落点确定：
P
M
N
O
m1
m2
实验原理
圆心即为小球平均落点
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
测出小球落点的水平距离可根据平抛运动的规律计算出小球的水平初速度。
本实验设计思想巧妙之处在于用长度测量代替速度测量。
1. 先用天平称量出两个小球的质量mA、mB。
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 mA碰撞前球心的竖直投影点。
实验步骤
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
实验步骤
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。
实验步骤
1.斜槽末端要切线要水平；
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，两球必须半径相同，质量不同（如铁球碰铝球）；
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 ；
注意事项
5. 用m1OP＝m1OM＋m2ON验证时，两小球的质量和水平位移不能错位
各物体落点唯一被确定：最近的落点为入射球碰后落点；最远落点为被碰球落点；中间的为入射球无碰撞落点 。
（碰撞后速度要符合物理情景，碰后未反向，后减前增，且V后＜V前）
例： 如图所示，为“验证碰撞中的动量守恒”的实验装置：
（1）关于实验，下列叙述正确的是（ ） 　　　
A.入射球A每次必须从同一高度静止下滑
B.轨道有摩擦，对实验有影响，必须选择光滑轨道
C.入射球A的质量大于被碰球B的质量
D.入射球A的半径一定大于被碰球B的半径
（2）用半径相同的两小球A、B做碰撞实验，实验装置示意如图，斜槽与水平槽平滑连接。实验时先不放B球，使A球从斜槽上某一固定点C由静止滚下，落到位于水平地面的记录纸上留下痕迹。再把B球置于水平槽前端边缘处静止，让A球仍从C处由静止滚下，A球和B球碰撞后分别落在记录纸上留下各自的痕迹。记录纸上的O点是重垂线所指的位置，若测得各落点痕迹到O点的距离：OM=2.68 cm，OP=8.62 cm，ON=11.50 cm，并已知A、B两球的质量比为2∶1，则未放B球时A球落地点是记录纸上的　　　　点；验证碰撞前后动量守恒的表达式为　　 　 　 （距离用字母表示），系统碰撞前总动量p与撞后总动量p′的百分误差=　　　%（百分误差用 来表示，结果保留一位有效数字）。
2OP=2OM+ON
2
AC
P
本课小结
1．前提条件：碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”．
2．方案提醒：
(1)若利用气垫导轨进行验证，调整气垫导轨时，应注意利用水平仪确保导轨水平．
(2)若利用平抛运动规律进行验证：
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同一高度由静止释放；
③选质量较大的小球作为入射小球；
④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．
课堂总结
当堂检测
1. 用如图所示的装置可以验证动量守恒定律，在滑块A和B相碰的端面上装上弹性碰撞架，它们的上端装有等宽的挡光片。
（1）实验前需要调节气垫导轨水平：在轨道上只放滑块A，轻推一下滑块A，其通过光电门Ⅰ和光电门Ⅱ的时间分别为t1、t2，当t1　　t2（选填“>”“=”或“<”）时说明气垫导轨水平。
（2）滑块A静置于光电门Ⅰ的左侧，滑块B静置于两光电门间的某一适当位置。给A一个向右的初速度，通过光电门Ⅰ的时间为 t1，A与B碰撞后A再次通过光电门Ⅰ的时间为 t2，滑块B通过光电门Ⅱ的时间为Δt3。为完成该实验，还必需测量的物理量有　　　。
A.挡光片的宽度d B.滑块A的总质量m1
C.滑块B的总质量m2 D.光电门Ⅰ到光电门Ⅱ的间距L
（3）若滑块A和B在碰撞的过程中动量守恒，则应该满足的表达式为　　 　　。
（用已知量和测量量表示）
=
BC
2.为了验证“两小球碰撞过程中的动量守恒”，某同学用如图所示的装置进行了如下的操作：
①将斜槽轨道的末端调整水平，在一块平木板表面先后钉上白纸和复写纸，并将该木板竖直立于靠近槽口处，使小球a从斜槽轨道上某固定点由静止释放，撞到木板并在白纸上留下痕迹O；
②将木板向右平移适当的距离并固定，再使小球a从原固定点由静止释放，撞到木板并在白纸上留下痕迹P；
（1）为了减小实验误差，选择入射球ma、被碰球mb时，应该使ma　　　mb（选填“大于”“等于”或“小于”）。
（2）小球a和b发生碰撞后，小球a在图中白纸上撞击痕迹应是　　　　点。
（3）小球a下滑过程中与斜槽轨道间存在摩擦力，这对实验结论　　　　（选填“会”或“不会”）产生影响。
（4）用本实验中所测得的物理量来验证两小球碰撞过程中动量守恒，其表达式为　　　 　　。
（用ma、mb、yM、yP、yN表示）
③把小球b静止放在斜槽轨道的水平段的最右端，让小球a仍从原固定点由静止释放，和小球b相碰后，两小球撞到木板并在白纸上留下痕迹M和N；
④用天平测出a、b两个小球的质量分别为ma和mb，用刻度尺测量白纸上O点到M、P、N三点的距离分别为yM、yP和yN。
根据上述实验，请回答下列问题：
大于
N
不会
解析：（1）为防止碰撞后入射球反弹，入射球的质量应大于被碰球的质量，即ma>mb。
（2）（4）小球离开轨道后做平抛运动，设木板与抛出点之间的距离为x，由平抛运动规律得：
水平方向：
竖直方向：
解得：
碰撞前，小球a落在题图中的P点，设其水平初速度为v0，小球a和b发生碰撞后，小球a的速度变小，下落的竖直高度更多，a的落点在题图中的N点，设其水平初速度为v1。
小球b的落点是题图中的M点，设其水平初速度为v2。小球碰撞的过程中若动量守恒，则有：
即为
则验证两球碰撞过程中动量守恒的表达式为
（3）只要由静止从同一位置释放小球a，小球到达轨道底端时速度相等，摩擦力对实验结果不会产生影响。