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24张ppt）
文档属性
| 名称 | 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24张ppt） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 35.2MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-04-03 08:31:27 | ||
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文档简介
(共24张PPT)
1.系统动量守恒的条件是什么？
(1)系统不受外力；(理想条件)
(2)系统受到外力，但外力的合力为零；(实际条件)
(3)系统所受外力合力不为零，但系统内力远大于外力(近似条件）
(4)系统在某一方向合力为零，则系统在这一方向上动量守恒.(单向条件)
内容回顾：
2.系统动量守恒定律的公式是什么？
(1)m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'
(2)m1 v1= -m2 v2
上一节课我们分别通过动量定理和牛顿运动定律两个不同的角度，理论上证明了动量守恒定律，那么我们如何通过实验来加以验证呢？
内容回顾：
因我们生活中常见的碰撞近似满足动量守恒的条件，故我们可以通过碰撞实验来验证动量守恒定律。
一、实验目的：验证动量守恒定律
二、实验原理：m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'
1、从实验原理上来看，实验中我们需要测量哪些物理量？
2、质量如何测量？
3、速度如何测量？
直接测量（打点计时器、光电门）
间接测量（根据速度与其他物理量间的关系，把测速度转换成测其他物理量。如：位移、角度等）
验证动量守恒定律：
利用打点计时器测速度
通过测量距离、时间来测速度
利用滑过的距离替代速度
利用平抛运动的水平位移代替速度
利用光电计时器测速度
利用摆球偏转角度代替速度
气垫导轨
碰撞滑块
光电门
L
挡光条
导轨水平
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。
方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
2.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
方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
(4)不同碰撞情况的实现：（目的：使结论具有普遍性）
方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
3.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。
4.注意事项
（1）保证是一维碰撞。
（2）气垫导轨是一种精度较高的现代化教学仪器。切忌振动、重压，严防碰伤和划伤，绝对禁止在不通气的情况下将滑行器在轨面上滑磨。调整水平时注意利用水平仪。
（3）由于碰撞的情形很多，猜想的不变量只有在各种方案中都不变才能符合要求，成为实验结论。
（4）考虑到速度的矢量性，记录数据时应规定正方向。若速度方向与规定的正方向相同，则速度取正值，若速度方向与规定方向相反，则取负值。
方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
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
方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
6.实验验证和结论：
总动量 次数 碰前(m1v1+m2v2) 碰后(m1v1'+m2v2')
1
2
3
结论：在实验误差允许范围内，两滑块组成的系统动量守恒。
处理数据是是否必须计算出滑块的速度呢？
方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
mA＞mB , 运动滑块A撞击静止滑块B。
两静止滑块被弹簧弹开，一个向左，一个向右
运动滑块A撞击静止滑块B，撞后两者粘在一起。
弹性碰撞架
mAv1=mA·v2+mBv3
mAv=(mA+mB)v共
0=mAvA-mBvB
方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
7.误差分析
(1)碰撞可能不是精确的一维碰撞。
(2)碰撞中其他力(例如：摩擦力、空气阻力等)的影响带来的误差。
(3)测量和读数的准确性带来的误差，实验中应规范测量和读数，同时增加测量次数，取平均值，尽量减小偶然误差的影响。
方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
实验装置及器材
斜槽（末端水平）
两个小球
复写纸
白纸
天平、刻度尺、重垂线
方案二：用平抛碰撞时的动量守恒
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)用天平测出两个小球的质量，并选定质量大的小球为入射小球。
(2)按照图所示,安装实验装置。调整固定斜槽，应使斜槽末端水平，即在水平槽上放置小球，小球能够保持静止，说明槽口末端水平。
(3)在水平地面上适当位置铺放白纸，在白纸上铺放复写纸，记下铅垂线所指的位置O(斜槽末端)。
实验原理
方案二：用平抛碰撞时的动量守恒
(5)把被碰小球放在斜槽末端,让入射小球从同一高度滚下,使它们发生碰撞,重复实验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和被碰小球的落点的平均位置N。
(4)不放被碰小球,让入射小球从斜槽上某固定高度滚下,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。
圆心即为小球平均落点
(6)连接ON,测量线段OP、OM、ON的长度。将测量数据填入表中。
方案二：用平抛碰撞时的动量守恒
实验 次数 入射小球A的 质量m1/g 被碰小球B的 质量m2/g OP (cm) OM (cm) ON (cm) 碰前 动量 碰后
动量
1
2
3
结论：在实验误差允许范围内，两小球碰撞过程中的系统动量守恒。
数据记录及处理
方案二：用平抛碰撞时的动量守恒
方案二：用平抛碰撞时的动量守恒
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，两球必须大小相等；
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 ；
5. 入射小球的质量mA和被碰小球的质量mB的大小关系是mA > mB 。
注意事项
【典例1】现利用如图所示的装置验证动量守恒定律。在图中，气垫导轨上有A、B两个滑块，滑块A右侧带有弹簧片，滑块B左侧也带有一弹簧片，上面固定完全相同的遮光片，光电计时器（未完全画出）可以记录遮光片通过光电门的时间。将光电门2固定在滑块B的右侧，光电门1固定在滑块A的右侧，现给滑块A向右的初速度，使它与静止的B相碰。碰前与光电门1相连的光电计时器显示的时间是t1，碰后与光电门1相连的光电计时器显示的时间是t2，与光电门2相连的光电计时器显示的时间是t3，滑块A的质量m1，滑块B的质量m2。
（1）要验证碰撞中动量守恒，需要验证的表达式为_______（m1、m2、t1、t2、t3用表示）．
（2）要验证碰撞是弹性碰撞，需要验证的表达式为_______（t1、t2、t3用表示）．
（3）假设碰撞是弹性碰撞，为保证碰后A向左运动，则m1______m2（填“>”“<”或“=”）．
典例分析
【典例2】如图所示为“验证动量守恒定律”实验装置的示意图，下面是本实验中涉及到的部分物理量∶
h∶入射球释放时的高度
H∶小球离开斜槽末端平抛的高度
OP、OQ、OR∶平抛的水平位移
（1）在以上几个量中必须测量的是OP、OQ、__________（填表示物理量的符号）。除这些量外，实验中还应测量的物理量是入射小球的质量m1和__________（用文字表述，并明确一个表示该量的符号）。
（2）实验最终要验证的表达式为____________________。（用上边的符号表示）
（3）下列哪些做法有助于完成实验，减小实验误差__________。
A．实验前仔细调整斜槽，使其末端点的切线水平
B．让入射小球的直径大于被碰小球的直径
C．改变入射小球滑下的高度h，重复实验，通过多次测量取平均值确定水平位移
D．注意在实验中不能移动地面上所铺白纸的位置
典例分析
【典例3】用图甲所示装置验证动量守恒定律，在长木板右端下面垫放小木片，补偿阻力。小车P的前端粘有橡皮泥，后端连着纸带。接通电源，轻推小车P使之运动，小车P运动一段时间后，与原来静止的小车Q相碰，并粘合在一起继续运动。（已知打点计时器电源频率为50 Hz）
（1）两车碰撞前后打出的纸带如图乙所示。测得小车P的质量（包含橡皮泥）mP=0.40 kg，小车Q的质量mQ=0.10 kg，由以上数据求得碰前系统总动量为___________kg·m/s，碰后系统总动量为___________kg·m/s。（均保留两位有效数字）
（2）实验结论：___________。
【答案】0.22 0.21 在误差允许的范围内，碰撞前后P、Q总动量守恒
典例分析
1.系统动量守恒的条件是什么？
(1)系统不受外力；(理想条件)
(2)系统受到外力，但外力的合力为零；(实际条件)
(3)系统所受外力合力不为零，但系统内力远大于外力(近似条件）
(4)系统在某一方向合力为零，则系统在这一方向上动量守恒.(单向条件)
内容回顾：
2.系统动量守恒定律的公式是什么？
(1)m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'
(2)m1 v1= -m2 v2
上一节课我们分别通过动量定理和牛顿运动定律两个不同的角度，理论上证明了动量守恒定律，那么我们如何通过实验来加以验证呢？
内容回顾：
因我们生活中常见的碰撞近似满足动量守恒的条件，故我们可以通过碰撞实验来验证动量守恒定律。
一、实验目的：验证动量守恒定律
二、实验原理：m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'
1、从实验原理上来看，实验中我们需要测量哪些物理量？
2、质量如何测量？
3、速度如何测量？
直接测量（打点计时器、光电门）
间接测量（根据速度与其他物理量间的关系，把测速度转换成测其他物理量。如：位移、角度等）
验证动量守恒定律：
利用打点计时器测速度
通过测量距离、时间来测速度
利用滑过的距离替代速度
利用平抛运动的水平位移代替速度
利用光电计时器测速度
利用摆球偏转角度代替速度
气垫导轨
碰撞滑块
光电门
L
挡光条
导轨水平
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。
方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
2.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
方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
(4)不同碰撞情况的实现：（目的：使结论具有普遍性）
方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
3.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。
4.注意事项
（1）保证是一维碰撞。
（2）气垫导轨是一种精度较高的现代化教学仪器。切忌振动、重压，严防碰伤和划伤，绝对禁止在不通气的情况下将滑行器在轨面上滑磨。调整水平时注意利用水平仪。
（3）由于碰撞的情形很多，猜想的不变量只有在各种方案中都不变才能符合要求，成为实验结论。
（4）考虑到速度的矢量性，记录数据时应规定正方向。若速度方向与规定的正方向相同，则速度取正值，若速度方向与规定方向相反，则取负值。
方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
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
方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
6.实验验证和结论：
总动量 次数 碰前(m1v1+m2v2) 碰后(m1v1'+m2v2')
1
2
3
结论：在实验误差允许范围内，两滑块组成的系统动量守恒。
处理数据是是否必须计算出滑块的速度呢？
方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
mA＞mB , 运动滑块A撞击静止滑块B。
两静止滑块被弹簧弹开，一个向左，一个向右
运动滑块A撞击静止滑块B，撞后两者粘在一起。
弹性碰撞架
mAv1=mA·v2+mBv3
mAv=(mA+mB)v共
0=mAvA-mBvB
方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
7.误差分析
(1)碰撞可能不是精确的一维碰撞。
(2)碰撞中其他力(例如：摩擦力、空气阻力等)的影响带来的误差。
(3)测量和读数的准确性带来的误差，实验中应规范测量和读数，同时增加测量次数，取平均值，尽量减小偶然误差的影响。
方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
实验装置及器材
斜槽（末端水平）
两个小球
复写纸
白纸
天平、刻度尺、重垂线
方案二：用平抛碰撞时的动量守恒
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)用天平测出两个小球的质量，并选定质量大的小球为入射小球。
(2)按照图所示,安装实验装置。调整固定斜槽，应使斜槽末端水平，即在水平槽上放置小球，小球能够保持静止，说明槽口末端水平。
(3)在水平地面上适当位置铺放白纸，在白纸上铺放复写纸，记下铅垂线所指的位置O(斜槽末端)。
实验原理
方案二：用平抛碰撞时的动量守恒
(5)把被碰小球放在斜槽末端,让入射小球从同一高度滚下,使它们发生碰撞,重复实验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和被碰小球的落点的平均位置N。
(4)不放被碰小球,让入射小球从斜槽上某固定高度滚下,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。
圆心即为小球平均落点
(6)连接ON,测量线段OP、OM、ON的长度。将测量数据填入表中。
方案二：用平抛碰撞时的动量守恒
实验 次数 入射小球A的 质量m1/g 被碰小球B的 质量m2/g OP (cm) OM (cm) ON (cm) 碰前 动量 碰后
动量
1
2
3
结论：在实验误差允许范围内，两小球碰撞过程中的系统动量守恒。
数据记录及处理
方案二：用平抛碰撞时的动量守恒
方案二：用平抛碰撞时的动量守恒
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，两球必须大小相等；
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 ；
5. 入射小球的质量mA和被碰小球的质量mB的大小关系是mA > mB 。
注意事项
【典例1】现利用如图所示的装置验证动量守恒定律。在图中，气垫导轨上有A、B两个滑块，滑块A右侧带有弹簧片，滑块B左侧也带有一弹簧片，上面固定完全相同的遮光片，光电计时器（未完全画出）可以记录遮光片通过光电门的时间。将光电门2固定在滑块B的右侧，光电门1固定在滑块A的右侧，现给滑块A向右的初速度，使它与静止的B相碰。碰前与光电门1相连的光电计时器显示的时间是t1，碰后与光电门1相连的光电计时器显示的时间是t2，与光电门2相连的光电计时器显示的时间是t3，滑块A的质量m1，滑块B的质量m2。
（1）要验证碰撞中动量守恒，需要验证的表达式为_______（m1、m2、t1、t2、t3用表示）．
（2）要验证碰撞是弹性碰撞，需要验证的表达式为_______（t1、t2、t3用表示）．
（3）假设碰撞是弹性碰撞，为保证碰后A向左运动，则m1______m2（填“>”“<”或“=”）．
典例分析
【典例2】如图所示为“验证动量守恒定律”实验装置的示意图，下面是本实验中涉及到的部分物理量∶
h∶入射球释放时的高度
H∶小球离开斜槽末端平抛的高度
OP、OQ、OR∶平抛的水平位移
（1）在以上几个量中必须测量的是OP、OQ、__________（填表示物理量的符号）。除这些量外，实验中还应测量的物理量是入射小球的质量m1和__________（用文字表述，并明确一个表示该量的符号）。
（2）实验最终要验证的表达式为____________________。（用上边的符号表示）
（3）下列哪些做法有助于完成实验，减小实验误差__________。
A．实验前仔细调整斜槽，使其末端点的切线水平
B．让入射小球的直径大于被碰小球的直径
C．改变入射小球滑下的高度h，重复实验，通过多次测量取平均值确定水平位移
D．注意在实验中不能移动地面上所铺白纸的位置
典例分析
【典例3】用图甲所示装置验证动量守恒定律，在长木板右端下面垫放小木片，补偿阻力。小车P的前端粘有橡皮泥，后端连着纸带。接通电源，轻推小车P使之运动，小车P运动一段时间后，与原来静止的小车Q相碰，并粘合在一起继续运动。（已知打点计时器电源频率为50 Hz）
（1）两车碰撞前后打出的纸带如图乙所示。测得小车P的质量（包含橡皮泥）mP=0.40 kg，小车Q的质量mQ=0.10 kg，由以上数据求得碰前系统总动量为___________kg·m/s，碰后系统总动量为___________kg·m/s。（均保留两位有效数字）
（2）实验结论：___________。
【答案】0.22 0.21 在误差允许的范围内，碰撞前后P、Q总动量守恒
典例分析