1.4 实验：验证动量守恒定律 课件 (共24张PPT) 高二物理人教版（2019）选择性必修1

(共24张PPT)
第4节 实验：验证动量守恒定律
第一章 动量守恒定律
碰撞：物体之间在极短时间内的相互作用。
1. 碰撞前后会不会有什么物理量保持不变？
2. 如果有，这个量会是什么？
思考
1、掌握验证动量守恒定律的实验思路和试验方法；
2、明确实验所需要测量的物理量及测量方法；
3、设计实验方案，进行数据处理，得出实验结论。
知识点一、实验思路
问题1：动量守恒定律的条件是什么？
系统不受外力，或者所受外力的矢量和为0.
问题2：如何创造实验条件，使系统所受外力的矢量和近似为0？
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。
问题3：为了实验与计算方便我们应该设计怎样的碰撞？
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。
最简单的碰撞情况：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。这种碰撞叫做一维碰撞。如下图所示：
v1
m1
v2
m2
v1
m1
v2 = 0
m2
v1
m1
v2
m2
问题4：实验中我们需要测量哪些物理量？
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:
问题5：物体质量如何测量？
物体的质量可用天平直接测量。
问题6：物体速度如何测量？你掌握哪些方法可以测量物体速度？
①光电门测速 ②平抛测速
③打点计时器测速 ④频闪照片
知识点二、方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒。
[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。
[实验装置]
[实验原理]　
利用气垫导轨来减小摩擦力，用天平测出两滑块的质量，用光电计时器测量滑块碰撞前后的速度，计算碰撞前后的总动量，看其是否守恒。
光电门测速原理: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
[实验步骤]　
（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。
（2）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。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。
（3）用细线将弹簧压缩，放置于两个滑块之间，并使它们静止，然后烧断细线，弹簧弹开，两个滑块随即向相反方向运动。
[实验数据处理]
将以上三个实验过程中测得的数据填入下表中。
[实验结论]
在实验误差允许的范围内，碰撞前、后不变的量是物体的质量m与速度v的乘积之和，即＝ 。
1.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？
2.以上各种情况中，碰撞前后物体的动能之和有什么变化？设法检验你的猜想。
在实验前规定正方向，若物体运动方向于规定正方向相反，则记录为负值。
测量2个滑块的质量，碰撞前的速度和碰撞后的速度，通过计算，可比较出碰撞前后物体的动能之和的变化。
实验的第一种情况：动能之和不变
实验的第二种情况：动能之和减小
实验的第三种情况：动能之和增大
思考
注意事项
（1）若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．
（2）规定好正方向，如果滑块的速度与规定的正方向一致，则速度取正值，否则取负值．
（3）改变滑块的质量，进行多次实验，寻找普遍规律。
练一练
1、某同学欲采用课本上介绍的气垫导轨和光电计时器等器材进行“验证动量守恒定律”的实验。实验装置如图所示,下面是实验的主要步骤:
①安装好气垫导轨和光电门,调节气垫导轨的调节旋钮,使导轨水平;
②测得A和B两滑块上遮光片的宽度均为d;
③到得A、B两滑块的质量(包含遮光片)m1、m2;
④向气垫导轨通入压缩空气;
⑤利用气垫导轨左右的弹射装置,使滑块A、B分别向右和向左运动,测出滑块A、B在碰撞前经过光电门过程中挡光时间分别为Δt1和Δt2 ;
⑥观察发现滑块A、B碰撞后通过粘胶粘合在一起,运动方向与滑块B碰撞前运动方向相同,此后滑块A再次经过光电门时挡光时间为Δt.
试解答下列问题:
(1)碰撞前A滑块的速度大小为　　　　,碰撞前B滑块的速度大小为　　　　。
(2)为了验证碰撞中动量守恒,需要验证的关系式是　　　　 　 (用题中物理量表示)。
(3)有同学认为利用此实验装置还能计算碰撞过程中损失的机械能。请用上述实验过程测出的相关物理量,表示出A、B系统在碰撞过程中损失的机械能ΔE=　　　 　。
知识点二、方案二：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
[实验装置]
斜槽（末端水平）
两个小球
复写纸
白纸
天平、刻度尺、重垂线
P
M
N
O
m1
m2
[实验原理]
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。
2.本实验在误差允许的范围内验证上式成立。两小球碰撞后均作平抛运动，用水平射程间接表示小球平抛的初速度：
OP：以平抛时的水平射程
OM：以平抛时的水平射程
ON：以平抛时的水平射程
验证的表达式：mA·OP=mA·OM+mB·ON
1.两小球在水平方向发生正碰，水平方向合外力为零，动量守恒；
[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：按照图甲所示安装实验装置，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，记下重垂线所指的位置O。
（4）放球找点，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F就是小球落点的平均位置。
圆心即为小球平均落点
（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同一高度自由滚下，使它们发生碰撞，重复实验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。
（6）验证：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mA·OP=mA·OM+mB·ON，看等式是否成立。
（7）结束：整理好实验器材放回原处。
注意事项
（1）碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”
（2）斜槽末端的切线必须水平，入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放。
（3）地面须水平，白纸铺好后实验过程中不能移动，否则会造成很大的误差。
练一练
1.某同学用如图甲所示装置来验证动量守恒定律，实验时先让小球a从斜槽轨道上某固定点处由静止开始滚下，在水平地面上的记录纸上留下痕迹，重复10次；然后再把小球b静置在斜槽轨道末端，让小球a仍从原固定点由静止开始滚下，和小球b相碰后，两球分别落在记录纸的不同位置处，重复10次．回答下列问题：
(1)在安装实验器材时斜槽的末端应 ．
(2)小球a、b质量ma、mb的大小关系应满足ma mb，两球的半径应满足ra________rb.(均选填“＞”“＜”或“＝”)
(3)本实验中小球平均落地点的位置距O点的距离如图乙所示，小球a、b碰后的平均落地点依次是图乙中的________点和________点．
A
C
保持水平
＞
＝
(4)在本实验中，验证动量守恒的式子是下列选项中的________．
A．ma·OC＝ma·OA＋mb·OB
B．ma·OB＝ma·OA＋mb·OC
C．ma·OA＝ma·OB＋mb·OC
B
验证动量守恒定律
实验方案
光电门：测量挡光片的挡光时间来计算速度
平抛测速：通过小球的平抛运动计算速度
实验思路
实验目的：验证动量守恒定律
实验原理：m1v1+m2v2= m1v’1+m2v’2
实验条件：合外力为零，平衡摩擦力
实验误差