1.4 实验：验证动量守恒定律 课件（共35张PPT） 高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

(共35张PPT)
实验：验证动量守恒定律
动量守恒律的内容和表达式是什么？
物体间动量守恒的条件是什么？
回忆上一节动量守恒定律
动量守恒定律的适用条件是系统不受外力或者所受外力的矢量和为0。
我们生活中的碰撞，很难达到这种理想化的条件。那该如何验证动量守恒定律呢？
方案一:平抛运动替代法
m1
m2
1.实验中需要测量的物理量：
(1)测质量:用天平测出两个小球的质量,并选质量大的小球为入射小球.
(2)速度测量: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.
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：
【实验目的】
验证碰撞中两小球的总动量守恒
【实验原理】
质量为m1和m2两个小球发生正碰，若碰前m1运动， m2静止
m1 >m2
m1
m2
为防止碰后反弹
【实验器材】
碰撞实验器（斜槽）、半径相同质量不同的小球两个、重垂线、白纸、复写纸、天平、刻度尺、圆规
【实验步骤】
1.用天平测出两个小球的质量m1、m2。选质量大的作为入射球m1
游码
调平旋钮
左物右码
为防止碰后反弹
2.按图安装好实验装置，使斜槽的末端水平。
如何检测斜槽末端是否水平？
将一个小球轻放在斜槽末端，看小球是否运动，若小球静止，则斜槽末端水平
3.在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸。
4.在白纸上记下重锤线所指的位置O，它表示两小球做平抛运动的初始位置的水平投影。
5.先不放上被碰小球，让入射小球从斜槽上同一高度滚下，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。
6.把被碰小球放在斜槽前端边缘处，让入射小球从原来的高度滚下，使它们碰撞。重复实验10次，用同样的方法标出碰撞后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.用刻度尺测量线段OM、OP、ON的长度。把两个小球的质量和相应的长度数值代入m1OP=m1OM+m2ON看是否成立。
8.整理好实验器材放回原处
【数据处理】
如图所示,连接ON,测量线段OP、OM、ON的长度,分析在误差允许的范围内m1xOP=m1xOM+m2xON是否成立.
实验结论
.
在误差允许的范围内m1xOP=m1xOM+m2xON成立,碰撞前后系统动量守恒
例1、如图所示,用碰撞实验器可以验证动量守恒定律,即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。
(1)实验中直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的,但可以通过仅测量
　　　　(填选项前的字母)间接地
解决这个问题。
A.小球开始释放高度h
B.小球抛出点距地面的高度h'
C.小球做平抛运动的射程
(2)图中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影。实验时,先让入射球m1多次从斜轨上S位置静止释放,找到其平均落地点的位置P,测量平抛射程lOP。然后,把被碰小球m2静置于轨道的水平部分,再将入射球m1从斜轨上S位置静止释放,与小球m2相碰,并多次重复。
接下来要完成的必要步骤是　　　　。(填选项前的字母)
A.用天平测量两个小球的质量m1、m2
B.测量小球m1开始释放时的高度h
C.测量抛出点距地面的高度h'
D.分别找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、N
E.测量平抛射程lOM、lON
(3)经测定,m1=45.0 g,m2=7.5 g,小球落地点的平均位置距O点的距离如图所示。碰撞前后m1的动量分别为p1与p1',则p1∶p1'=　　　　∶11;若碰撞结束时m2的动量为p2',则p1'∶p2'=11∶　　　　。实验结果说明,碰撞前后总动量的比值 =　　　　。
答案:(1)C　(2)ADE　(3)14　2.9　1.01
方案二：气垫导轨光电门法
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。
3.实验设计:
（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）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）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。
4.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。
5.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
6.实验验证和结论：
总动量 次数 碰前(m1v1+m2v2) 碰后(m1v1'+m2v2')
1
2
3
实验结论：
在实验误差允许范围内，两滑块组成的系统动量守恒。
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。
(1)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向气垫导轨通入压缩空气;
③接通数字计时器;
④把滑块2静止放在气垫导轨的中间;
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后与左侧带有固定弹簧(未画出)的滑块2碰撞,碰后滑块2和滑块1依次通过光电门2,两滑块通过光电门2后依次被制动;
⑦读出滑块通过光电门的挡光时间,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测出挡光板的宽度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。
(2)数据处理与实验结论:
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;碰撞后滑块2的速度v3为　　　　 m/s。(结果均保留两位有效数字)
③系统碰撞之前m1v1=　　　　　 kg·m/s,系统碰撞之后m1v2+m2v3=
　　　　 kg·m/s。
④实验结论:　 。
答案:见解析
解析:(2)①A.大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差。
B.保证两个滑块的碰撞是一维的。
③系统碰撞之前m1v1=0.15 kg·m/s,系统碰撞之后m1v2+m2v3=0.15 kg·m/s。
④在误差允许的范围内,滑块碰撞前后系统的总动量不变。
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
②气垫导轨光电门法
①平抛运动替代法
谢谢