1.4 实验：验证动量守恒定律(共24张PPT) 课件 2024-2025学年高二物理人教版（2019）选择性必修第一册
文档属性
| 名称 | 1.4 实验：验证动量守恒定律(共24张PPT) 课件 2024-2025学年高二物理人教版（2019）选择性必修第一册 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 32.5MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-09-23 16:55:42 | ||
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文档简介
(共24张PPT)
第一章 动量守恒定律
第4节 实验：验证动量守恒定律
1.掌握验证动量守恒定律的实验思路和实验方法；知道实验所需测量的物理量及其测量方法；
2.会设计实验方案，能正确处理实验数据，得出实验结论；
3.知道验证动量守恒定律的实验注意事项。
01 实验思路
问题1：动量守恒定律的条件是什么？
系统不受外力，或者所受外力的矢量和为0.
问题2：如何创造实验条件，使系统所受外力的矢量和近似为0？
创造内力远大于外力的实验情景，可以近似满足动量守恒的条件。
问题3：为了实验与计算方便我们应该设计怎样的碰撞？
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。
最简单的碰撞情况：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。如下图所示：
v1
m1
v2
m2
v1
m1
v2 = 0
m2
v1
m1
v2
m2
实验思路：碰撞中的特殊情况——一维碰撞
虽然物体还受到重力、支持力、摩擦力、空气阻力等外力的作用，但是有些力的矢量和为0，有些力与系统内两物体的相互作用力相比很小。在可以忽略这些外力的情况下，碰撞满足动量守恒定律的条件。
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。 （即m1，v1，v1′，m2，v2，v2′）
物体的质量可用天平直接测量。
问题1：实验中我们需要测量哪些物理量？
问题2：物体质量如何测量？
问题3：物体速度如何测量？你掌握哪些方法可以测量物体速度？
方法一：光电门测速
方法二：打点计时器测速
方法三：机械能守恒角度测速
方法四：平抛运动规律测速
02 物理量的测量
03 数据分析
检验：碰撞前后总动量是否守恒，即m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2
方案1：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、遮光片、天平、滑块（两个）、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等。
气垫导轨
碰撞滑块
光电门
遮光片
（2）实验设计：
在一种实验情形下动量守恒，就能说明动量守恒定律是正确的、普遍成立的吗？
情景1：两个滑块相互碰撞的端面上安装弹性碰撞架，滑块碰撞后随即分开
情景2：两个滑块的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥，滑块碰撞后连成一体
情景3：两个滑块间放置轻弹簧，挤压两个滑块使弹簧压缩，并用一根细线将两滑块固定，烧断细线后两滑块弹开
思考与讨论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？
思考与讨论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？
接通气泵，将滑块置于气垫导轨上，滑块能够短时间内保持静止或者轻推滑块，滑块通过两个光电门的时间相同
选取一个正方向，速度与正方向相同时记录为正值，与正方向相反时记录为负值
思考与讨论3：遮光片宽度大些好还是小些好？
小些好，这样计算出来的速度更精确
（3）实验过程及数据处理：
（4）实验结论：
系统不受外力，或者所受外力的矢量和为0，在实验误差允许范围内，两滑块组成的系统动量守恒。
★注意：利用气垫导轨进行实验，调整气垫导轨时，注意利用水平仪确保导轨水平。
（5）误差分析：
碰撞前后系统的总动量有差异，其可能原因是什么？
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。
③质量和速度的测量误差。
1.实验器材：
方案2：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。
1. （多选）如图是利用强磁力片模拟小车的碰撞．则下列判断正确的是（ ）
A．利用气垫导轨可以忽略滑块与导轨接触面间的摩擦力，保证两滑块系统外力和为零
B．利用气垫导轨可以很容易保证两个滑块的碰撞是一维的
C．利用光电门可以迅速测量计算得到两个滑块碰撞前后的速度
D．该碰撞过程中，两滑块的动能和不变
ABC
2．在做“验证动量守恒定律”的整个实验过程中，入射小球多次滚下都应从斜槽上的同一位置无初速度释放，这是为了（ ）
A．保证小球每次都水平地飞出槽口
B．保证小球每次都以相同速度飞出槽口
C．保证小球在空中飞行时间不变
D．保证小球每次都沿同一方向运动
B
a.调节导轨,使之水平;
b.轻推滑块A,测得A通过光电门G1的遮光时间为Δt0;
c.A与B相碰后,测得B和A先后经过光电门G2的遮光时间分别为ΔtB和ΔtA。
(1)实验中,滑块A、B的质量应满足mA (选填“>”或“<”)mB。
(2)验证两滑块碰撞过程中动量守恒的表达式为 。
(3)滑块与导轨间的摩擦会导致测得的碰撞前系统的总动量 (选填“>”或“<”)碰撞后系统的总动量。
3.验证动量守恒的实验装置如图所示,气垫导轨置于水平桌面上,G1和G2为两个光电门,固定有相同遮光片的两弹性滑块A、B的质量分别为mA、mB。实验过程如下:
>
>
实验：验证动量守恒定律
实验思路：
物理量的测量
数据分析
碰撞中的特殊情况——一维碰撞
物理量：物体的质量、碰撞前后各自的速度
测量工具
测量方法
检验：根据 m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2
两种方案
研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
第一章 动量守恒定律
第4节 实验：验证动量守恒定律
1.掌握验证动量守恒定律的实验思路和实验方法；知道实验所需测量的物理量及其测量方法；
2.会设计实验方案，能正确处理实验数据，得出实验结论；
3.知道验证动量守恒定律的实验注意事项。
01 实验思路
问题1：动量守恒定律的条件是什么？
系统不受外力，或者所受外力的矢量和为0.
问题2：如何创造实验条件，使系统所受外力的矢量和近似为0？
创造内力远大于外力的实验情景，可以近似满足动量守恒的条件。
问题3：为了实验与计算方便我们应该设计怎样的碰撞？
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。
最简单的碰撞情况：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。如下图所示：
v1
m1
v2
m2
v1
m1
v2 = 0
m2
v1
m1
v2
m2
实验思路：碰撞中的特殊情况——一维碰撞
虽然物体还受到重力、支持力、摩擦力、空气阻力等外力的作用，但是有些力的矢量和为0，有些力与系统内两物体的相互作用力相比很小。在可以忽略这些外力的情况下，碰撞满足动量守恒定律的条件。
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。 （即m1，v1，v1′，m2，v2，v2′）
物体的质量可用天平直接测量。
问题1：实验中我们需要测量哪些物理量？
问题2：物体质量如何测量？
问题3：物体速度如何测量？你掌握哪些方法可以测量物体速度？
方法一：光电门测速
方法二：打点计时器测速
方法三：机械能守恒角度测速
方法四：平抛运动规律测速
02 物理量的测量
03 数据分析
检验：碰撞前后总动量是否守恒，即m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2
方案1：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、遮光片、天平、滑块（两个）、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等。
气垫导轨
碰撞滑块
光电门
遮光片
（2）实验设计：
在一种实验情形下动量守恒，就能说明动量守恒定律是正确的、普遍成立的吗？
情景1：两个滑块相互碰撞的端面上安装弹性碰撞架，滑块碰撞后随即分开
情景2：两个滑块的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥，滑块碰撞后连成一体
情景3：两个滑块间放置轻弹簧，挤压两个滑块使弹簧压缩，并用一根细线将两滑块固定，烧断细线后两滑块弹开
思考与讨论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？
思考与讨论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？
接通气泵，将滑块置于气垫导轨上，滑块能够短时间内保持静止或者轻推滑块，滑块通过两个光电门的时间相同
选取一个正方向，速度与正方向相同时记录为正值，与正方向相反时记录为负值
思考与讨论3：遮光片宽度大些好还是小些好？
小些好，这样计算出来的速度更精确
（3）实验过程及数据处理：
（4）实验结论：
系统不受外力，或者所受外力的矢量和为0，在实验误差允许范围内，两滑块组成的系统动量守恒。
★注意：利用气垫导轨进行实验，调整气垫导轨时，注意利用水平仪确保导轨水平。
（5）误差分析：
碰撞前后系统的总动量有差异，其可能原因是什么？
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。
③质量和速度的测量误差。
1.实验器材：
方案2：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。
1. （多选）如图是利用强磁力片模拟小车的碰撞．则下列判断正确的是（ ）
A．利用气垫导轨可以忽略滑块与导轨接触面间的摩擦力，保证两滑块系统外力和为零
B．利用气垫导轨可以很容易保证两个滑块的碰撞是一维的
C．利用光电门可以迅速测量计算得到两个滑块碰撞前后的速度
D．该碰撞过程中，两滑块的动能和不变
ABC
2．在做“验证动量守恒定律”的整个实验过程中，入射小球多次滚下都应从斜槽上的同一位置无初速度释放，这是为了（ ）
A．保证小球每次都水平地飞出槽口
B．保证小球每次都以相同速度飞出槽口
C．保证小球在空中飞行时间不变
D．保证小球每次都沿同一方向运动
B
a.调节导轨,使之水平;
b.轻推滑块A,测得A通过光电门G1的遮光时间为Δt0;
c.A与B相碰后,测得B和A先后经过光电门G2的遮光时间分别为ΔtB和ΔtA。
(1)实验中,滑块A、B的质量应满足mA (选填“>”或“<”)mB。
(2)验证两滑块碰撞过程中动量守恒的表达式为 。
(3)滑块与导轨间的摩擦会导致测得的碰撞前系统的总动量 (选填“>”或“<”)碰撞后系统的总动量。
3.验证动量守恒的实验装置如图所示,气垫导轨置于水平桌面上,G1和G2为两个光电门,固定有相同遮光片的两弹性滑块A、B的质量分别为mA、mB。实验过程如下:
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实验：验证动量守恒定律
实验思路：
物理量的测量
数据分析
碰撞中的特殊情况——一维碰撞
物理量：物体的质量、碰撞前后各自的速度
测量工具
测量方法
检验：根据 m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2
两种方案
研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒