1.3 科学验证：动量守恒定律 课件(共27张PPT) 高二上学期物理鲁科版（2019）选择性必修第一册

(共27张PPT)
1.3　科学验证：
动量守恒定律
1.通过分析教材提供的实验方案，学习根据要求设计实验的方法.
2.理解实验中速度测量的原理.
3.通过设计创新实验方案培养学生的创新精神.
学习目标
一、实验目的
利用钢球和玻璃球的碰撞验证动量守恒定律.
二、实验器材
斜槽、钢球和玻璃球、天平、复写纸、白纸等.
知识梳理
三、实验原理与设计
用如图所示的装置验证动量守恒定律。让球A从同一位置C释放(C未画出)，测出不发生碰撞时球A飞出的水平距离sOP，再测出球A、B碰撞后分别飞出的水平距离sOM、sO′N，如图所示.只要验证
m1sOP＝m1sOM＋m2sO′N，即可验证动量守恒定律.
思考：实验时需不需要测出或计算出小球做平抛运动的时间
提示：不需要，因为验证时时间约掉了.
四、实验步骤
1.测质量：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.安装：按照实验原理安装实验装置，调整固定斜槽使斜槽底端水平.
3.铺纸：白纸在下，复写纸在上且在适当位置铺放好.利用重垂线在白纸上分别标注斜槽水平段端口、靶球初位置(支球柱)在白纸平面的投影点O和O′.
4.单球找点：不放被撞小球，每次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.
5.碰撞找点：把被撞小球放在斜槽末端，每次让入射小球从斜槽上同一高度处自由滚下，使它们发生碰撞，重复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和被撞小球落点的平均位置N，如图所示.改变入射小球的释放高度，重复实验.
6.小球水平射程的测量：测量线段OP、OM、O'N的长度.
五、数据处理
验证的表达式：m1·sOP=m1·sOM+m2·sO′N.
六、误差分析
1.系统误差：主要来源于装置本身是否符合要求，碰撞是否为一维.
2.偶然误差：主要来源于对质量和长度的测量.
七、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.
正误判断.
(1)利用斜槽验证动量守恒时，同一次实验释放小球的位置可以不同.(　　)
(2)利用斜槽验证动量守恒时，必须测量两小球的质量.(　　)
(3)利用斜槽验证动量守恒时，两小球碰后的速度大小可以用它们做平抛运动的水平距离替代.(　　)
(4)利用斜槽验证动量守恒时，斜槽末端不需要调整到水平.(　　)
(5)利用斜槽验证动量守恒时，入射小球的质量可以小于被碰小球的质量.(　　)
基础演练
×
√
√
×
×
例1.某同学用如图所示的装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来验证碰撞过程中的动量守恒，图中PQ是斜槽，QR为水平槽.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.图中O点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点，B球落点痕迹如图所示，其中刻度尺水平放置，且平行于G、R、O所在的平面，刻度尺的零点与O点对齐.
(1)碰撞后B球的水平射程应取为　　　　cm.
64.8
提示：围绕10个落点所在的范围作最小的圆，其圆心即为平均落点，sB=64.8 cm.
(2)在以下选项中，本次实验必须进行的测量是　　　　.
A.水平槽上未放B球时，A球落点位置到O点的距离
B.A球与B球碰撞后，A球落点位置到O点的距离
C.A球与B球的质量
D.G点相对于水平槽面的高度
提示：还应测出未放B球时，A球落点
位置到O点的距离，A球和B球碰撞后，
A球落点位置到O点的距离及A、B两球的质量.
ABC
例2.某同学利用气垫导轨做“验证动量守恒定律”的实验，气垫导轨装置如图所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架、光电门等组成.
下面是实验的主要步骤：
①安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；
②向气垫导轨中通入压缩空气；
③接通光电计时器；
④把滑块2静止放在气垫导轨中间适当位置；
⑤滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；
⑥释放滑块1，滑块1通过光电门1后与左侧有固定弹簧的滑块2碰撞，碰后滑块1和滑块2依次通过光电门2，两滑块通过光电门后依次被制动；
⑦读出滑块通过两个光电门的挡光时间：滑块1通过光电门1的挡光时间Δt1=10.01 ms，通过光电门2的挡光时间Δt2=49.99 ms，滑块2通过光电门2的挡光时间Δt3=8.35 ms；
⑧测出挡光片的宽度d=5 mm，测得滑块1的质量为m1=300 g，滑块2(包括弹簧)的质量为m2=200 g.
(1)实验中气垫导轨的作用是：A.　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　，
B.　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　.
(2)碰撞前滑块1的速度v1为　　m/s，碰撞后滑块1的速度v2为　　m/s，滑块2的速度v3为　　　　 m/s.(结果均保留两位有效数字)
大大减小因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差
保证两个滑块的碰撞是一维的
0.50
0.10
0.60
提示：滑块1碰撞前的速度v1= m/s=0.50 m/s
滑块1碰撞后的速度v2= m/s=0.10 m/s
滑块2碰撞后的速度v3= m/s=0.60 m/s.
(3)在误差允许的范围内，通过本实验能否验证动量守恒定律
通过对实验数据的分析说明理由.
提示：系统碰撞前的动量m1v1=0.15 kg·m/s，
系统碰撞后的动量m1v2+m2v3=0.15 kg·m/s，
满足m1v1=m1v2+m2v3.
能
方案拓展三种创新方案的比较
方案 实验装置 速度的测量 质量的测量
用气垫导轨 利用公式v=，式中Δs为滑块(挡光片)的宽度，Δt为计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门时对应的时间 用天平测量相互作用的两物体的质量
方案 实验装置 速度的测量
用等长悬线悬挂等大小的小球 测量小球被拉起的角度，根据机械能守恒定律算出小球碰撞前对应的速
度；测量碰撞后两小球分别摆起的对应角度，根据机械能守恒定律算出碰撞后对应的两小球的速度
用小车在光滑长木板上碰撞另一辆静止的小车 v=，式中Δs是纸带上两计数点间的距离，可用刻度尺测量.Δt为小车经过Δs所用的时间，可由打点间隔算出.这个方案适合探究碰撞后两物体结合为一体的情况
1.某同学用图甲所示装置验证动量守恒定律.实验时先使A球从斜槽上某一固定位置由静止滚下，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A球单独滚下时的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球仍从同一固定位置由静止滚下，和B球碰撞后，A、B两球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹.重复操作10次，得到如图乙所示的三个落地点.
随堂检测
(1)请叙述用什么方法找出落地点的平均位置.并在图中读出sOP=　　　　.
提示：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.　
13.0 cm
(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)用题中的字母写出验证动量守恒定律的表达式：　　　　　　　　　　.
B
A
mA·sOQ=mA·sOP+mB·sOR
提示：小球落地时间t相同，由mA·=mA·+mB·可知，
验证动量守恒定律的表达式为mA·sOQ=mA·sOP+mB·sOR.
2.某同学设计了一个用打点计时器“验证动量守恒定律”的实验，在小车A的前端粘有橡皮泥，设法使小车A做匀速直线运动，然后与原来静止的小车B相碰并粘在一起继续做匀速运动，如图甲所示.在小车A的后面连着纸带，电磁打点计时器的打点频率为50 Hz.
甲
(1)若已得到打点纸带如图乙所示，并测得各计数点间的距离.则应选图中　　　　段来计算A碰前的速度，应选　　　　段来计算A和B碰后的速度.
乙
BC
DE
提示：因为小车A与B碰撞前、后都做匀速运动，且碰后A与B黏在一起，其共同速度比A原来的速度小.所以，应选点迹分布均匀且点距较大的BC段计算A碰前的速度，选点迹分布均匀且点距较小的DE段计算A和B碰后的速度.
(2)已测得小车A的质量mA=0.40 kg，小车B的质量mB=0.20 kg，则
由以上结果可得碰前mAvA+mBvB=　　　　 kg·m/s，碰后
mAvA'+mBvB'=　　　　 kg·m/s.
0.420
0.417
提示：由题图可知，碰前A的速度和碰后A、B的共同速度分别为
vA= m/s=1.05 m/s，vA'=vB'= m/s=0.695 m/s
故碰撞前，mAvA+mBvB=0.40×1.05 kg·m/s+0.20×0 kg·m/s=0.420 kg·m/s；碰撞后，mAvA'+mBvB'=(0.40+0.20)×0.695 kg·m/s=0.417 kg·m/s.
(3)从实验数据的处理结果来看，在误差允许的范围内，　　 (选
填“能”或“不能”)验证动量守恒定律.
能
提示：数据处理表明，mAvA+mBvB=mAvA'+mBvB'，即在实验误差允许的范围内，A、B系统的动量守恒，能验证动量守恒定律.