1.4 实验：验证动量守恒定律 课件-2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第一册(共24张PPT)
文档属性
| 名称 | 1.4 实验：验证动量守恒定律 课件-2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第一册(共24张PPT) |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 6.5MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-08-11 14:50:46 | ||
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文档简介
(共24张PPT)
第一章 动量守恒定律
1.4 实验：验证动量守恒定律
本节课我们通过实验验证动量守恒定律。
一、 实验思路
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的条件。
想一想，满足上述条件的过程有哪些
我们可以考虑物体发生碰撞的情况。两个物体在发生碰撞时，作用时间很短。根据动量定理，它们的相互作用力很大。如果把这两个物体看作一个系统，那么，虽然系统还受到重力、支持力、摩擦力、空气阻力等外力的作用，但是其中有些力的矢量和为0，有些力与系统内两物体的相互作用力相比很小。因此，可以近似认为碰撞满足动量守恒定律的条件。
你也可以考虑其他符合动量守恒条件的情形来验证动量守恒定律。在设计实验时应着重考虑如下问题。
·实验中哪些物体组成了要研究的系统
·如何创造实验条件，使系统所受外力的矢量和近似为0
·需要测量哪些物理量
二、 物理量的测量
研究对象确定后，还需要明确所需测量的物理量和实验器材。根据动量的定义，很自然地想到，需要测量物体的质量，以及两个物体发生碰撞前后各自的速度。
物体的质量可用天平直接测量。想一想，有哪些方式可以测量速度 你在设计实验方案时会选择哪种 为什么
思考与讨论
三 、数据分析
根据选定的实验方案设计实验数据记录表格。选取质量不同的两个物体进行碰撞，测出物体的质量 (m1，m2) 和碰撞前后的速度(v1，v1′，v2，v2′)，分别计算出两物体碰撞前后的总动量，并检验碰撞前后总动量的关系是否满足动量守恒定律，即
m1v1′＋m2v2′＝m1v1＋m2v2
参考案例 1
研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
本案例中，我们利用气垫导轨来减小摩擦力，利用数字计时器测量滑块碰撞前后的速度。实验装置如图 1.4-1所示。可以通过在滑块上添加已知质量的物块来改变碰撞物体的质量。
本实验可以研究以下几种情况。
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(图1.4-2)，滑块碰撞后随即分开。
2. 在两个滑块的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥(图1.4-3)，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搭扣，碰撞时它们也会连成一体。
3.原来连在一起的两个物体，由于相互之间具有排斥的力而分开，这也可视为一种碰撞。这种情况可以通过下面的方式实现。
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(图1.4-4)。
实验前请思考：
1.气垫导轨是否需要调成水平 如果需要，你能想出哪些办法
2. 如果物体碰撞后的速度方向与原来的方向相反，应该怎样记录
研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
本案例中，我们研究两个小球在斜槽末端发生碰撞的情况。
参考案例 2
实验装置如图 1.4-5 所示。将斜槽固定在铁架台上，使槽的末端水平。让一个质量较大的小球(入射小球)从斜槽上滚下，跟放在斜槽末端的另一个大小相同、质量较小的小球(被碰小球)发生撞。
使入射小球从斜槽不同高度处滚下，测出两球的质量以及它们每次碰撞前后的速度，就可以验证动量守恒定律。
小球的质量可以用天平来测量。怎样测量两球碰撞前后瞬间的速度呢 两个小球碰撞前后瞬间的速度方向都是水平的，因此，两球碰撞前后的速度，可以利用平抛运动的知识求出。
在这个实验中也可以不测量速度的具体数值。做平抛运动的小球落到地面，它们的下落高度相同，飞行时间也就相同。因此，小球碰撞后的速度之比就等于它们落地时飞行的水平距离之比。根据这一思路，也可以验证动量守恒定律。
实验前请思考以下问题：
1. 实验装置中的铅垂线起什么作用
2. 如何记录并测量小球飞出的水平距离
1.如图1.4-6甲，长木板的一端垫有小木块，可以微调木板的倾斜程度，以平衡摩擦力，使小车能在木板上做匀速直线运动。小车A前端贴有橡皮泥，后端连一打点计时器纸带，接通打点计时器电源后，让小车A以某速度做匀速直线运动，与置于木板上静止的小车B相碰并粘在一起，继续做匀速直线运动。
学以致用-提高练习
打点计时器电源频率为50Hz，得到的纸带如图1.4-6乙所示，已将各计数点之间的距离标在图上。
(1) 图中的数据有AB、BC、CD、DE 四段，计算小车A碰撞前的速度大小应选哪段 计算两车碰撞后的速度大小应选哪段 为什么
解：计算小车 A 碰前速度大小应选 BC 段，计算两车碰后速度大小应选 DE 段.
AB 段小车 A 处于加速阶段，说明小车 A 还未达到受力平衡状态，而 CD 段为变速阶段，说明两车还没有碰撞结束.
解：碰前小车 A 动量 pA＝mAvA，vA＝＝1.712 m/s
则 pA＝0.6848 kg·m/s，pB＝0，
故碰撞前两小车总动量 p＝pA＋pB＝ 0.6848 kg·m/s
碰后两小车总动量 p′＝(mA＋mB)v共，而 v共＝＝1.140 m/s
则 p′＝0.6840 kg·m/s.
(2) 若小车A的质量为 0.4 kg，小车B的质量为 0.2kg，根据纸带数据，碰前两小车的总动量是多少 碰后两小车的总动量是多少
2. 某同学用图1.4-5所示的实验装置和实验步骤来验证动量守恒定律。小球1的质量为m1，它从斜槽上某点滚下，离开斜槽末端时的速度记为 v1 (称为第一次操作)；小球2的质量为 m2 ，小球1第二次从斜槽上原位置滚下，跟小球2碰撞后离开斜槽末端的速度分别记为v1′和 v2′ (称为第二次操作)。实验所验证的计算式为
m1v1 ＝ m1v1－ m2v2′
(1) 如果第二次操作时，小球1从斜槽上开始滚下时位置比原先低一些，这将会影响计算式中哪个或哪几个物理量 如果其他的操作都正确，实验将会得到怎样的结果 说明道理。
解：会影响 v1′ 和 v2′，进而对碰撞前小球 1 的初速度 v1 有影响，
使 v1实＜v1测，即得到的结果是 m1v1＞m1v1′＋m2v2′.
因为真正碰撞时，小球 1 碰前速度 v1实 小于实验过程中测量的小球 1 碰前速度 v1测 (第一次操作).
(2) 如果在第二次操作时，发现在第一次操作中，槽的末端是不水平的，有些向上倾斜于是把它调为水乎，调整后的斜槽末端离地面高度跟原来相同。然后让小球在斜槽上原标记位置滚下进行第二次操作，分析时仍然和第一次操作的数据进行比较，其他实验操作都正确且调节斜槽引起小球在空中运动时间的变化可忽略不计。该实验可能会得到怎样的结果 说明道理。
解：碰撞后系统的总动量大于碰撞前小球1的动量.
设斜槽末端向上倾斜的角度为θ (与水平方向的夹角为θ)，则第一次操作中，小球1到达斜槽末端的水平速度的真实值为 v1cosθ，第二次操作中，小球 1 到达斜槽末端的水平速度为，
则有 v1实′＞v1测′，即 m1v1＜m1v1′＋m2v2′.
第一章 动量守恒定律
1.4 实验：验证动量守恒定律
本节课我们通过实验验证动量守恒定律。
一、 实验思路
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的条件。
想一想，满足上述条件的过程有哪些
我们可以考虑物体发生碰撞的情况。两个物体在发生碰撞时，作用时间很短。根据动量定理，它们的相互作用力很大。如果把这两个物体看作一个系统，那么，虽然系统还受到重力、支持力、摩擦力、空气阻力等外力的作用，但是其中有些力的矢量和为0，有些力与系统内两物体的相互作用力相比很小。因此，可以近似认为碰撞满足动量守恒定律的条件。
你也可以考虑其他符合动量守恒条件的情形来验证动量守恒定律。在设计实验时应着重考虑如下问题。
·实验中哪些物体组成了要研究的系统
·如何创造实验条件，使系统所受外力的矢量和近似为0
·需要测量哪些物理量
二、 物理量的测量
研究对象确定后，还需要明确所需测量的物理量和实验器材。根据动量的定义，很自然地想到，需要测量物体的质量，以及两个物体发生碰撞前后各自的速度。
物体的质量可用天平直接测量。想一想，有哪些方式可以测量速度 你在设计实验方案时会选择哪种 为什么
思考与讨论
三 、数据分析
根据选定的实验方案设计实验数据记录表格。选取质量不同的两个物体进行碰撞，测出物体的质量 (m1，m2) 和碰撞前后的速度(v1，v1′，v2，v2′)，分别计算出两物体碰撞前后的总动量，并检验碰撞前后总动量的关系是否满足动量守恒定律，即
m1v1′＋m2v2′＝m1v1＋m2v2
参考案例 1
研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
本案例中，我们利用气垫导轨来减小摩擦力，利用数字计时器测量滑块碰撞前后的速度。实验装置如图 1.4-1所示。可以通过在滑块上添加已知质量的物块来改变碰撞物体的质量。
本实验可以研究以下几种情况。
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(图1.4-2)，滑块碰撞后随即分开。
2. 在两个滑块的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥(图1.4-3)，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搭扣，碰撞时它们也会连成一体。
3.原来连在一起的两个物体，由于相互之间具有排斥的力而分开，这也可视为一种碰撞。这种情况可以通过下面的方式实现。
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(图1.4-4)。
实验前请思考：
1.气垫导轨是否需要调成水平 如果需要，你能想出哪些办法
2. 如果物体碰撞后的速度方向与原来的方向相反，应该怎样记录
研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
本案例中，我们研究两个小球在斜槽末端发生碰撞的情况。
参考案例 2
实验装置如图 1.4-5 所示。将斜槽固定在铁架台上，使槽的末端水平。让一个质量较大的小球(入射小球)从斜槽上滚下，跟放在斜槽末端的另一个大小相同、质量较小的小球(被碰小球)发生撞。
使入射小球从斜槽不同高度处滚下，测出两球的质量以及它们每次碰撞前后的速度，就可以验证动量守恒定律。
小球的质量可以用天平来测量。怎样测量两球碰撞前后瞬间的速度呢 两个小球碰撞前后瞬间的速度方向都是水平的，因此，两球碰撞前后的速度，可以利用平抛运动的知识求出。
在这个实验中也可以不测量速度的具体数值。做平抛运动的小球落到地面，它们的下落高度相同，飞行时间也就相同。因此，小球碰撞后的速度之比就等于它们落地时飞行的水平距离之比。根据这一思路，也可以验证动量守恒定律。
实验前请思考以下问题：
1. 实验装置中的铅垂线起什么作用
2. 如何记录并测量小球飞出的水平距离
1.如图1.4-6甲，长木板的一端垫有小木块，可以微调木板的倾斜程度，以平衡摩擦力，使小车能在木板上做匀速直线运动。小车A前端贴有橡皮泥，后端连一打点计时器纸带，接通打点计时器电源后，让小车A以某速度做匀速直线运动，与置于木板上静止的小车B相碰并粘在一起，继续做匀速直线运动。
学以致用-提高练习
打点计时器电源频率为50Hz，得到的纸带如图1.4-6乙所示，已将各计数点之间的距离标在图上。
(1) 图中的数据有AB、BC、CD、DE 四段，计算小车A碰撞前的速度大小应选哪段 计算两车碰撞后的速度大小应选哪段 为什么
解：计算小车 A 碰前速度大小应选 BC 段，计算两车碰后速度大小应选 DE 段.
AB 段小车 A 处于加速阶段，说明小车 A 还未达到受力平衡状态，而 CD 段为变速阶段，说明两车还没有碰撞结束.
解：碰前小车 A 动量 pA＝mAvA，vA＝＝1.712 m/s
则 pA＝0.6848 kg·m/s，pB＝0，
故碰撞前两小车总动量 p＝pA＋pB＝ 0.6848 kg·m/s
碰后两小车总动量 p′＝(mA＋mB)v共，而 v共＝＝1.140 m/s
则 p′＝0.6840 kg·m/s.
(2) 若小车A的质量为 0.4 kg，小车B的质量为 0.2kg，根据纸带数据，碰前两小车的总动量是多少 碰后两小车的总动量是多少
2. 某同学用图1.4-5所示的实验装置和实验步骤来验证动量守恒定律。小球1的质量为m1，它从斜槽上某点滚下，离开斜槽末端时的速度记为 v1 (称为第一次操作)；小球2的质量为 m2 ，小球1第二次从斜槽上原位置滚下，跟小球2碰撞后离开斜槽末端的速度分别记为v1′和 v2′ (称为第二次操作)。实验所验证的计算式为
m1v1 ＝ m1v1－ m2v2′
(1) 如果第二次操作时，小球1从斜槽上开始滚下时位置比原先低一些，这将会影响计算式中哪个或哪几个物理量 如果其他的操作都正确，实验将会得到怎样的结果 说明道理。
解：会影响 v1′ 和 v2′，进而对碰撞前小球 1 的初速度 v1 有影响，
使 v1实＜v1测，即得到的结果是 m1v1＞m1v1′＋m2v2′.
因为真正碰撞时，小球 1 碰前速度 v1实 小于实验过程中测量的小球 1 碰前速度 v1测 (第一次操作).
(2) 如果在第二次操作时，发现在第一次操作中，槽的末端是不水平的，有些向上倾斜于是把它调为水乎，调整后的斜槽末端离地面高度跟原来相同。然后让小球在斜槽上原标记位置滚下进行第二次操作，分析时仍然和第一次操作的数据进行比较，其他实验操作都正确且调节斜槽引起小球在空中运动时间的变化可忽略不计。该实验可能会得到怎样的结果 说明道理。
解：碰撞后系统的总动量大于碰撞前小球1的动量.
设斜槽末端向上倾斜的角度为θ (与水平方向的夹角为θ)，则第一次操作中，小球1到达斜槽末端的水平速度的真实值为 v1cosθ，第二次操作中，小球 1 到达斜槽末端的水平速度为，
则有 v1实′＞v1测′，即 m1v1＜m1v1′＋m2v2′.