1.4 实验：验证动量守恒定律 课件-高中物理选择性必修1（人教版2019）(共31张PPT)
文档属性
| 名称 | 1.4 实验：验证动量守恒定律 课件-高中物理选择性必修1（人教版2019）(共31张PPT) |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 2.5MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-07-23 21:24:51 | ||
图片预览
文档简介
(共31张PPT)
7
实验：验证动量守恒定律
第一章
2
识记验证动量守恒定律的注意事项并会进行误差分析.
1
理解验证动量守恒定律的实验原理，会根据器材和要求设计实验方案.
重点
难点
一、实验原理
设两个物体的质量分别为m1、m2，碰撞前的速度分别为v1、v2，碰撞后的速度分别为v1′、v2′，若系统所受合外力为零，则系统的动量守恒，即__________________________.
m1v1′＋m2v2′＝m1v1＋m2v2
二、实验方案设计
1.方案1：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
(1)质量的测量：用 测量.
(2)速度的测量：v＝___，式中的Δx为滑块上挡光板的 ，Δt为数字计
时器显示的滑块上的挡光板经过 的时间.
(3)碰撞情景的实现：如图所示，利用轻质弹簧、细线、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥设计各种类型的碰撞，利用在滑块上加重物的方法改变碰撞物体的质量.
天平
宽度
光电门
(4)器材：气垫导轨、数字计时器、滑块(带挡光板)两个、轻质弹簧、细线、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥、天平.
(5)注意事项
①本实验碰撞前、后速度大小的测量采用极限法，v＝ ，其中d为挡光板的宽度.
②注意速度的矢量性：规定一个正方向，碰撞前后滑块速度的方向跟正方向相同即为正值，跟正方向相反即为负值，比较m1v1＋m2v2与m1v1′＋m2v2′是否相等，应该把速度的正负号代入计算.
③利用气垫导轨进行实验，调节时确保导轨水平.
1.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分别为：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._____________________________.
A.大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差.
B.保证两个滑块的重心在同一水平线上.
答案 见解析
②碰撞前滑块1的速率v1为__________ m/s；碰撞后滑块1的速率v2为__________ m/s；碰撞后滑块2的速率v3为__________ m/s；(结果均保留两位有效数字)
滑块1碰撞之前的速率v1＝ ≈0.50 m/s；
滑块1碰撞之后的速率v2＝ ≈0.10 m/s；
滑块2碰撞之后的速率v3＝ ≈0.60 m/s；
答案 见解析
③碰撞前系统的总动量m1v1＝__________.
碰撞后系统的总动量m1v2＋m2v3＝______.
由此可得实验结论：__________________.
设水平向右为正方向，则滑块1和滑块2组成的系统碰撞之前的总动量m1v1＝0.15 kg·m/s，系统碰撞之后的总动量m1v2＋m2v3＝0.15 kg·m/s.
通过实验结果，可得结论：在实验误差允许的范围内，两滑块相互作用的过程，系统的动量守恒.
答案 见解析
2.方案2：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
如图甲所示，让一个质量较大的小球(入射小球)从斜槽上滚下来，与放在斜槽水平末端的另一质量较小、大小相同的小球(被碰小球)发生碰撞，之后两小球都做平抛运动.
(1)质量的测量：用 测量.
(2)速度的测量：由于两小球下落的高度相同，所以它们的飞行时间相等.如果以小球的飞行时间为单位时间，那么小球飞出的水平距离在数值上就等于它的水平速度.只要测出不放被碰小球时，入射小球在空中飞出的水平距离OP，以及碰撞后入射小球与被碰小球在空中飞出的水平距离OM和ON，就可以表示出碰撞前后小球的速度，如图乙所示.
天平
(3)碰撞情景的实现：
①不放被碰小球，让入射小球m1从斜槽上某一位置由 滚下，记录平抛的水平位移OP.
②在斜槽水平末端放上被碰小球m2，让m1从斜槽 位置由静止滚下，记下两小球离开斜槽做平抛运动的水平位移OM、ON.
③验证 与 在误差允许范围内是否相等.
(4)器材：斜槽、两个大小相等而质量不等的小球、铅垂线、白纸、复写纸、刻度尺、天平、圆规.
静止
同一
m1OP
m1OM＋m2ON
(5)实验步骤
①用 分别测出半径相同的两小球的质量，并选定质量大的小球为入射小球.
②按图甲所示安装实验装置.调整固定斜槽使 .
③白纸在下，复写纸在上且在适当位置铺放好.记下铅垂线所指的位置O.
④不放被碰小球，让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下，重复10次.用圆规画出尽量小的圆，把所有的小球落点圈在里面. 就是小球落点的平均位置.
天平
斜槽末端切线水平
圆心P
⑤把被碰小球放在斜槽末端，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.用步骤④的方法，标出碰后入射小球落点的平均位置M和被碰小球落点的平均位置N.如图所示.
⑥测量 、 、 的长度.
⑦数据处理：通过验证 与 ，在误差允许范围内是否相等来验证系统动量是否守恒.
OP
OM
ON
m1OP
m1OM＋m2ON
(6)注意事项
①入射小球的质量m1大于被碰小球的质量m2(m1>m2).
②入射小球半径等于被碰小球半径.
③入射小球每次必须从斜槽上同一位置由静止滚下.
④斜槽末端的切线方向水平.
⑤为了减小误差，需要找到不放被碰小球时及放被碰小球时小球落点的平均位置.为此，需要让入射小球从同一位置多次滚下，进行多次实验，然后用圆规画出尽量小的圆把小球所有的落点都圈在里面，其圆心即为小球落点的平均位置.
⑥不需要测量速度的具体数值.因平抛运动高度相同，下落时间相等，速度的测量可转换为水平距离的测量.
2.某学习小组用半径相同的小球1和小球2碰撞来“验证动量守恒定律”，实验装置如图所示，斜槽与水平槽平滑连接.安装好实验装置，在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸，记下铅垂线所指的位置O.接下来的实验步骤如下：
步骤1：不放小球2，让小球1从斜槽上A点由静止滚下，并落在地面上.重复多次，用尽可能小的圆把小球的所有落点圈在里面，认为其圆心就是小球落点的平均位置；
步骤2：把小球2放在斜槽前端边缘处的B点，让小球1从A点由静止滚下，使它们碰撞.重复多次，并使用与步骤1同样的方法分别标出碰撞之后两小球落点的平均位置；
步骤3：用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置M、P、N离O点的距离，即线段OM、OP、ON的长度.
(1)在上述实验操作中，下列说法正确的是____.(填选项前的字母)
A.小球1的质量一定大于小球2的质量，小球1的
半径可以大于小球2的半径
B.将小球静止放置在轨道末端，根据小球是否
滚动来检测斜槽轨道末端是否水平
C.小球在斜槽上的释放点应该越高越好，这样碰前的速度大，测量误差
较小
D.复写纸铺在白纸的上面，实验过程中复写纸可以随时拿起来看印迹是
否清晰并进行移动
BD
为了使两球的球心在同一水平线上，两球的半径必须相同，选项A错误；
将小球静止放置在轨道末端，若小球保持静止，说明轨道末端水平，若小球滚动，说明轨道末端不水平，选项B正确；
碰前的速度不能过大，否则实验不能正常进行，选项C错误；
复写纸可以移动，但是白纸不能移动，选项D正确.
(2)以下提供的器材中，本实验必需的有___.(填选项前的字母)
A.刻度尺 B.游标卡尺
C.天平 D.秒表
AC
本实验需要测量O点到落点的长度和小球的质量，必需的有刻度尺和天平，选项A、C正确.
因为可以通过水平位移表示速度的大小，故不需要测量时间，也不需要测量小球的半径，选项B、D错误.
(3)设小球1的质量为m1，小球2的质量为m2，MP的长度为l1，ON的长度为l2，则本实验验证动量守恒定律的表达式为__________.
m1l1＝m2l2
3.创新实验方案
3.利用如图所示的装置做“探究碰撞中的不变量”的实验，质量为mA的钢球A用细线悬挂于O点，质量为mB的钢球B放在离地面高度为H的小支柱N上.O点到A球球心的距离为L.使悬线在A球释放前伸直，且线与竖直方向的夹角为α，A球释放后摆动到最低点时恰与B球碰
撞，碰撞后，A球把轻质指示针OC推移到与竖直方向夹角为β处，B球落到地面上，地面上铺一张盖有复写纸的白纸D.保持α角度不变，多次重复上述实验，白纸上记录了多个B球的落点，重力加速度为g.(悬线长远大于小球半径)
(1)图中x应是B球初始位置到____________的水平距离.
(2)为了探究碰撞中的不变量，要测量的物理量有______________________.
B球平均落点
mA、mB、α、β、H、L、x
(3)用测得的物理量表示(vA为A球与B球刚要相碰前A球的速率，vA′为A球与B球刚相碰后A球的速率，vB′为A球与B球刚相碰后B球的速率)：
mAvA＝________________；
mAvA′＝________________；
mBvB′＝__________.
小球A在碰撞前、碰撞后的两次摆动过程，均满足机械能守恒定律.小球B在碰撞后做平抛运动，则x应为B球的平均落点到其初始位置的水平距离.设小支柱N上边缘所在水平面为零势能面.碰撞前对A，由机械能守恒定律有
碰撞后对A，由机械能守恒定律有
碰撞后B做平抛运动，
故要得到碰撞前后的mv，要测量的物理量有mA、mB、α、β、H、L、x.
7
实验：验证动量守恒定律
第一章
2
识记验证动量守恒定律的注意事项并会进行误差分析.
1
理解验证动量守恒定律的实验原理，会根据器材和要求设计实验方案.
重点
难点
一、实验原理
设两个物体的质量分别为m1、m2，碰撞前的速度分别为v1、v2，碰撞后的速度分别为v1′、v2′，若系统所受合外力为零，则系统的动量守恒，即__________________________.
m1v1′＋m2v2′＝m1v1＋m2v2
二、实验方案设计
1.方案1：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
(1)质量的测量：用 测量.
(2)速度的测量：v＝___，式中的Δx为滑块上挡光板的 ，Δt为数字计
时器显示的滑块上的挡光板经过 的时间.
(3)碰撞情景的实现：如图所示，利用轻质弹簧、细线、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥设计各种类型的碰撞，利用在滑块上加重物的方法改变碰撞物体的质量.
天平
宽度
光电门
(4)器材：气垫导轨、数字计时器、滑块(带挡光板)两个、轻质弹簧、细线、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥、天平.
(5)注意事项
①本实验碰撞前、后速度大小的测量采用极限法，v＝ ，其中d为挡光板的宽度.
②注意速度的矢量性：规定一个正方向，碰撞前后滑块速度的方向跟正方向相同即为正值，跟正方向相反即为负值，比较m1v1＋m2v2与m1v1′＋m2v2′是否相等，应该把速度的正负号代入计算.
③利用气垫导轨进行实验，调节时确保导轨水平.
1.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分别为：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._____________________________.
A.大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差.
B.保证两个滑块的重心在同一水平线上.
答案 见解析
②碰撞前滑块1的速率v1为__________ m/s；碰撞后滑块1的速率v2为__________ m/s；碰撞后滑块2的速率v3为__________ m/s；(结果均保留两位有效数字)
滑块1碰撞之前的速率v1＝ ≈0.50 m/s；
滑块1碰撞之后的速率v2＝ ≈0.10 m/s；
滑块2碰撞之后的速率v3＝ ≈0.60 m/s；
答案 见解析
③碰撞前系统的总动量m1v1＝__________.
碰撞后系统的总动量m1v2＋m2v3＝______.
由此可得实验结论：__________________.
设水平向右为正方向，则滑块1和滑块2组成的系统碰撞之前的总动量m1v1＝0.15 kg·m/s，系统碰撞之后的总动量m1v2＋m2v3＝0.15 kg·m/s.
通过实验结果，可得结论：在实验误差允许的范围内，两滑块相互作用的过程，系统的动量守恒.
答案 见解析
2.方案2：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
如图甲所示，让一个质量较大的小球(入射小球)从斜槽上滚下来，与放在斜槽水平末端的另一质量较小、大小相同的小球(被碰小球)发生碰撞，之后两小球都做平抛运动.
(1)质量的测量：用 测量.
(2)速度的测量：由于两小球下落的高度相同，所以它们的飞行时间相等.如果以小球的飞行时间为单位时间，那么小球飞出的水平距离在数值上就等于它的水平速度.只要测出不放被碰小球时，入射小球在空中飞出的水平距离OP，以及碰撞后入射小球与被碰小球在空中飞出的水平距离OM和ON，就可以表示出碰撞前后小球的速度，如图乙所示.
天平
(3)碰撞情景的实现：
①不放被碰小球，让入射小球m1从斜槽上某一位置由 滚下，记录平抛的水平位移OP.
②在斜槽水平末端放上被碰小球m2，让m1从斜槽 位置由静止滚下，记下两小球离开斜槽做平抛运动的水平位移OM、ON.
③验证 与 在误差允许范围内是否相等.
(4)器材：斜槽、两个大小相等而质量不等的小球、铅垂线、白纸、复写纸、刻度尺、天平、圆规.
静止
同一
m1OP
m1OM＋m2ON
(5)实验步骤
①用 分别测出半径相同的两小球的质量，并选定质量大的小球为入射小球.
②按图甲所示安装实验装置.调整固定斜槽使 .
③白纸在下，复写纸在上且在适当位置铺放好.记下铅垂线所指的位置O.
④不放被碰小球，让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下，重复10次.用圆规画出尽量小的圆，把所有的小球落点圈在里面. 就是小球落点的平均位置.
天平
斜槽末端切线水平
圆心P
⑤把被碰小球放在斜槽末端，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.用步骤④的方法，标出碰后入射小球落点的平均位置M和被碰小球落点的平均位置N.如图所示.
⑥测量 、 、 的长度.
⑦数据处理：通过验证 与 ，在误差允许范围内是否相等来验证系统动量是否守恒.
OP
OM
ON
m1OP
m1OM＋m2ON
(6)注意事项
①入射小球的质量m1大于被碰小球的质量m2(m1>m2).
②入射小球半径等于被碰小球半径.
③入射小球每次必须从斜槽上同一位置由静止滚下.
④斜槽末端的切线方向水平.
⑤为了减小误差，需要找到不放被碰小球时及放被碰小球时小球落点的平均位置.为此，需要让入射小球从同一位置多次滚下，进行多次实验，然后用圆规画出尽量小的圆把小球所有的落点都圈在里面，其圆心即为小球落点的平均位置.
⑥不需要测量速度的具体数值.因平抛运动高度相同，下落时间相等，速度的测量可转换为水平距离的测量.
2.某学习小组用半径相同的小球1和小球2碰撞来“验证动量守恒定律”，实验装置如图所示，斜槽与水平槽平滑连接.安装好实验装置，在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸，记下铅垂线所指的位置O.接下来的实验步骤如下：
步骤1：不放小球2，让小球1从斜槽上A点由静止滚下，并落在地面上.重复多次，用尽可能小的圆把小球的所有落点圈在里面，认为其圆心就是小球落点的平均位置；
步骤2：把小球2放在斜槽前端边缘处的B点，让小球1从A点由静止滚下，使它们碰撞.重复多次，并使用与步骤1同样的方法分别标出碰撞之后两小球落点的平均位置；
步骤3：用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置M、P、N离O点的距离，即线段OM、OP、ON的长度.
(1)在上述实验操作中，下列说法正确的是____.(填选项前的字母)
A.小球1的质量一定大于小球2的质量，小球1的
半径可以大于小球2的半径
B.将小球静止放置在轨道末端，根据小球是否
滚动来检测斜槽轨道末端是否水平
C.小球在斜槽上的释放点应该越高越好，这样碰前的速度大，测量误差
较小
D.复写纸铺在白纸的上面，实验过程中复写纸可以随时拿起来看印迹是
否清晰并进行移动
BD
为了使两球的球心在同一水平线上，两球的半径必须相同，选项A错误；
将小球静止放置在轨道末端，若小球保持静止，说明轨道末端水平，若小球滚动，说明轨道末端不水平，选项B正确；
碰前的速度不能过大，否则实验不能正常进行，选项C错误；
复写纸可以移动，但是白纸不能移动，选项D正确.
(2)以下提供的器材中，本实验必需的有___.(填选项前的字母)
A.刻度尺 B.游标卡尺
C.天平 D.秒表
AC
本实验需要测量O点到落点的长度和小球的质量，必需的有刻度尺和天平，选项A、C正确.
因为可以通过水平位移表示速度的大小，故不需要测量时间，也不需要测量小球的半径，选项B、D错误.
(3)设小球1的质量为m1，小球2的质量为m2，MP的长度为l1，ON的长度为l2，则本实验验证动量守恒定律的表达式为__________.
m1l1＝m2l2
3.创新实验方案
3.利用如图所示的装置做“探究碰撞中的不变量”的实验，质量为mA的钢球A用细线悬挂于O点，质量为mB的钢球B放在离地面高度为H的小支柱N上.O点到A球球心的距离为L.使悬线在A球释放前伸直，且线与竖直方向的夹角为α，A球释放后摆动到最低点时恰与B球碰
撞，碰撞后，A球把轻质指示针OC推移到与竖直方向夹角为β处，B球落到地面上，地面上铺一张盖有复写纸的白纸D.保持α角度不变，多次重复上述实验，白纸上记录了多个B球的落点，重力加速度为g.(悬线长远大于小球半径)
(1)图中x应是B球初始位置到____________的水平距离.
(2)为了探究碰撞中的不变量，要测量的物理量有______________________.
B球平均落点
mA、mB、α、β、H、L、x
(3)用测得的物理量表示(vA为A球与B球刚要相碰前A球的速率，vA′为A球与B球刚相碰后A球的速率，vB′为A球与B球刚相碰后B球的速率)：
mAvA＝________________；
mAvA′＝________________；
mBvB′＝__________.
小球A在碰撞前、碰撞后的两次摆动过程，均满足机械能守恒定律.小球B在碰撞后做平抛运动，则x应为B球的平均落点到其初始位置的水平距离.设小支柱N上边缘所在水平面为零势能面.碰撞前对A，由机械能守恒定律有
碰撞后对A，由机械能守恒定律有
碰撞后B做平抛运动，
故要得到碰撞前后的mv，要测量的物理量有mA、mB、α、β、H、L、x.