1.3 科学验证：动量守恒定律 （16张PPT）课件 2024-2025学年高二物理鲁科版（2019）选择性必修第一册

(共16张PPT)
第一章 动量和动量定理
第3节 科学验证：动量守恒定律
动量守恒定律是自然界的普遍规律。前面我们通过气垫导轨实验研究了动量守恒定律，下面我们再通过小球的碰撞实验来验证动量守恒定律。
1.实验器材：
研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
2.实验原理：用两个大小相同，质量不相等的小球的碰撞来研究动量。
入射小球发生碰撞前的落地点P。碰撞后入射小球落地点的平均位置M，被碰小球落地点的平均位置N。
斜槽、大小相等质量不同的小球两个、重垂线、白纸、复写纸、天平、刻度尺、圆规、三角板。
m1
m2
O
P
M
N
入射小球
被碰小球
因平抛的时间相同，则
故应验证的关系式为：m1 OP= m1 OM+m2 ON
要验证的关系是
（1）先用天平测出入射小球、被碰小球质量m1、m2(m1>m2)。
（2）将斜槽固定在铁架台上，使槽的末端水平。
（3）在地上铺一张白纸，在白纸上铺放复写纸。
3. 实验步骤：
（4）在白纸上记下重垂线所指的位置O，它表示入射小球和被碰小球开始平抛的位置。
（5）先不放被碰小球，让入射小球从斜槽上同一位置处静止滚下，重复 10 次，用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面，圆心就是入射小球不碰撞时的落地点。
圆心即为小球平均落点
O
P
M
N
m1
入射小球
（6）把被碰小球放在斜槽轨道末端，让入射小球从同一位置静止滚下，使它们发生正碰，重复 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。
（7）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m1 OP＝m1 OM＋m2 ON，看等式是否成立。
O
P
M
N
m1
m2
入射小球
被碰小球
① 斜槽末端的切线必须水平；
② 入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放；
③ 要保证对心碰撞，两球必须大小相等；
⑤ 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 ；
④ 选质量较大的小球作为入射小球，以免碰撞后小球反弹；
4.注意事项
⑥ 实验过程中实验桌、斜槽、记录的白纸的位置要始终保持不变。
本实验运用转换法，即将测量小球做平抛运动的初速度转换成测平抛运动的水平位移；由于本实验仅限于研究系统在碰撞前后动量的关系，所以各物理量的单位不必统一使用国际单位制的单位。
5.数据处理
碰撞前后质量 碰撞前水平距离 碰撞后水平距离
入射小球 m1=45g OP=44.80cm OM=35.20cm
被碰小球 m2=7.5g ON=55.60cm
6.实验记录
分析：
两球碰撞前的动量之和：
p＝m1 OP＝45.0×44.80 g·cm＝2016 g·cm，
碰撞后的总动量：
p′＝m1 OM＋m2 ON＝(45.0×35.20＋7.5×55.60) g·cm
＝2 001 g·cm。
结论：
在实验误差允许范围内，在斜槽末端两小球组成的系统碰撞时动量守恒。
7．误差分析
（1）系统误差：
主要来源于装置本身是否符合要求，即：
① 碰撞是否为一维碰撞。
② 实验是否满足动量守恒的条件。如斜槽末端切线方向是否水平，两碰撞球是否等大。
（2）偶然误差：主要来源于质量和速度的测量。
1.在研究斜槽末端小球碰撞时动量守恒的实验中,实验装置如图所示,实验中( )
A.不需要测量小球的质量m
B.需要测量小球下落的高度h
C.用重垂线来检测斜槽末端是否水平
D.用小球的水平位移大小表示碰撞前后的速度大小
D
2.某同学设计如图甲所示的装置，通过半径相同的 A、B 两球碰撞来探究碰撞过程中的不变量。
(1)碰撞后 B 球的水平射程是_____cm。
65.0
(2)(多选)在以下四个选项中，本次实验必须进行的测量是( )
A. 水平槽上未放 B 球时，A 球落点位置到 O 点的距离
B. A 球与 B 球碰撞后，A、B 两球落点位置到 O 点的距离
C. A、B 两球的质量
D. G 点相对于水平槽面的高度
ABC
3.某同学在做“验证动量守恒定律”的实验中，实验室具备的实验器材有：斜槽轨道，两个大小相等、质量不同的小钢球 A、B，刻度尺，白纸，圆规，重垂线一条。实验装置及实验中小球运动轨迹及落点平均位置如图甲所示。
(1)对于实验中注意事项、测量器材和需测量的物理量，下列说法中正确的是___.
A. 实验前轨道的调节应注意使槽的末端的切线水平
B. 实验中要保证每次 A 球从同一高处由静止释放
C. 实验中还缺少的测量器材有复写纸和秒表
D. 实验中需测量的物理量只有线段 OP、 OM 和 ON 的长度
AB
（2）实验中若小球 A 的质量为 m1，小球B的质量为m2，当 m1 > m2 时，实验中记下了 O、M、P、N 四个位置，若满足_____________________________（用 m1、 m2、OM、 OP、ON 表示），则说明碰撞中动量守恒。
m1 · OP = m1 · OM + m2 · ON
3.某同学在做“验证动量守恒定律”的实验中，实验室具备的实验器材有：斜槽轨道，两个大小相等、质量不同的小钢球 A、B，刻度尺，白纸，圆规，重垂线一条。实验装置及实验中小球运动轨迹及落点平均位置如图甲所示。