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22张ppt）

(共22张PPT)
1.4实验：验证动量守恒定律
人教版（2019）高中物理（选择性必修第一册）
第一章 动量守恒定律
动量守恒定律的适用条件？
【提示】系统不受外力，或者所受外力的矢量和为0.
我们生活中的物体受到各种力的作用，难以满足这种理想化的条件。但是，在某些情况下，可以近似满足动量守恒定律。
想一想，满足上述条件的过程有哪些？
【提示】可以考虑符合动量守恒条件的情形来验证动量守恒定律。在设计实验时应考虑如下问题：
·实验中那些物体组成了要研究的系统？
·如何创造实验条件，时系统所受外力的矢量和近似为0？
·需要测量那些物理量？
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。
v1
m1
v2
m2
v1
m1
v2 = 0
m2
v1 = 0
m1
v2 = 0
m2
弹簧
v1
m1
v2
m2
一、实验目的
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。
二、实验原理
验证动量守恒定律
实验一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
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.实验设计
利用气垫导轨使两滑块发生一维碰撞
气垫导轨
光电门
碰撞滑块
挡光条
3.实验原理
（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：
方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
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；
例 在利用气垫导轨验证动量守恒时，用到的测量工具有(　　)
A．停表、天平、刻度尺
B．弹簧测力计、停表、天平
C．天平、刻度尺、光电计时器
D．停表、刻度尺、光电计时器
C
解析：用天平测滑块质量，用刻度尺测挡光片的宽度．运动时间是指挡光片通过光电门的时间，由光电计时器计时，因此不需要停表．
参考案例2 研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
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
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。
落点确定：
h
P
M
N
O
m1
m2
圆心即为小球平均落点
例 如图所示，为“验证碰撞中的动量守恒”的实验装置：
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
AC
【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
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：
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）
参考案例3 利用小车在光滑长木板碰撞另一辆静止的小车实现一维碰撞
实验装置如图所示：
(1)质量的测量：用天平测量质量。
(2)速度的测量：v＝Δt(Δx)，式中Δx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Δx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。 (3)碰撞的实现：两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥。
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
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。