1.4实验：验证动量守恒定律—2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理选择性必修第一册（19张PPT）
文档属性
| 名称 | 1.4实验：验证动量守恒定律—2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理选择性必修第一册（19张PPT） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 4.8MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-06-06 04:50:02 | ||
图片预览
文档简介
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1.4实验：验证动量守恒定律
第一章
动量守恒定律
让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，创造条件，使系统所受外力的矢量和近似为0，满足____________的条件。
动量守恒
实验思路
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。需要测量物体的________，以及两个物体发生碰撞前后各自的________。物体的质量可用________直接测量。
质量
物理量的测量
速度
天平
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，v′1，v2，v2′)，若满足m1v1＋m2v2＝__________________，则验证了碰撞前后总________守恒。
m1v′1＋m2v2′
数据分析
动量
实验：验证动量守恒定律
【实验方案一】利用气垫导轨完成一维碰撞实验
1.实验器材
气垫导轨、光电计时器、天平、滑块两个(带挡光片)、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥。
2.实验原理
1）质量的测量：
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
天平称量出滑块质量m1，m2
【实验方案一】利用气垫导轨完成一维碰撞实验
【实验方案一】利用气垫导轨完成一维碰撞实验
4)不同碰撞情况的实现：
①原来连在一起的物体由于有相互斥力而分开，这也是一种碰撞，如图甲，烧断细线，弹簧片弹开后落下，两个滑块随即向相反方向运动。
②在两滑块相碰的端面装上弹性碰撞架可以得到能量损失很小的碰撞，如图乙。
③在两个滑块的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥，碰撞时撞针插入橡皮泥中，把两个滑块连成一体运动，这样可以得到能量损失很大的碰撞，如图丙。
3.实验步骤
(4)使两滑块依次发生甲、乙、丙图所示的碰撞情况，记录挡光时间，计算滑块碰撞前后的速度。
(1)用天平测量两滑块的质量m1、m2，填入预先设计好的表格中。
(2)安装光电门，使两个光电门之间的距离约为50cm。
(6)整理实验仪器.
(5)改变滑块质量，重复步骤(4)。
(7)数据处理，寻找守恒量.
(3)导轨通气后，调节气垫导轨水平，使滑块在气垫导轨上保持不动或稍微左右摆动。
【实验方案一】利用气垫导轨完成一维碰撞实验
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。
【实验方案一】利用气垫导轨完成一维碰撞实验
【实验方案一】利用气垫导轨完成一维碰撞实验
5.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。
气垫导轨工作时能够通过喷出的气体使滑块悬浮从而基本消除掉摩擦力的影响,因此成为重要的实验器材,气垫导轨和光电门、数字毫秒计配合使用能完成许多实验。现提供以下实验器材:
利用以上实验器材可以完成“验证动量守恒定律”的实验。为完成此实验,某同学将实验原理设定为:m1v0=(m1+m2)v。
(1)针对此原理,应选择的器材为 (填写器材编号)。?
(2)在所选的器材中, (填写器材编号)器材对应原理中的m1。?
ABC
B
解析:(1)题给原理说明碰撞前只有一个滑块运动,碰撞后两滑块结合为一体,所以需要ABC。
(2)碰前运动的滑块需要测其速度,所以应选带遮光板的B作为m1。
参考案例2 研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
铁架台、斜槽、大小相同质量不同的小球两个、重垂线一条、白纸、复写纸、天平、刻度尺、圆规、三角板。
1.实验器材
m1
只有入射小球从固定点下落时的情况
实验过程动画模拟
O
P
m1
m2
碰撞前后的动态过程
M
N
O
P
实验过程动画模拟
M
N
O
P
m1
m2
碰撞后的轨迹示意图
实验过程动画模拟
参考案例2 研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
2.实验步骤
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。用圆规画尽量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。
1）用天平测出两小球的质量，并选定质量大的小球为入射小球。
2）按要求安装好实验装置，并调整斜槽使斜槽末端切线水平。
3）白纸在下，复写纸在上，在适当位置铺放好。在白纸上记下斜槽末端重垂线所指的位置O。
参考案例2 研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
6）测量OP、OM、ON的长度，在误差允许的范围内，看
m1·OP＝m1·OM＋m2·ON是否成立。
5）把被碰小球放在斜槽末端，让入射小球从斜槽上同一高度自由滚下，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。
8）整理好实验器材并放回原处。
7）使入射小球从斜槽不同高度处滚下，重复(4)(5)(6)。
参考案例2 研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
3.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。
3、注意事项
4、误差分析
1.斜槽末端的切线必须水平；
2.选质量较大的小球作为入射小球；
1）系统误差
①碰撞前后两物体v是否共线
②是否满足动量守恒的条件
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
质量m的测量
小球落点的确定
长度的测量。
某同学用如图所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来验证碰撞过程中的动量守恒,图中PQ是斜槽,QR为水平槽。实验时先使A球从斜槽上某一固定位置G由静止开始滚下,落到位于水平地面的记录纸上,留下痕迹。重复上述操作10次,得到10个落点痕迹。再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方,让A球仍从位置G由静止开始滚下,和B球碰撞后,A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹,重复这种操作10次。图中O点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点,B球落点痕迹如图所示,其中刻度尺水平放置,且平行于G、R、O所在的平面,刻度尺的零点与O点对齐。
(1)碰撞后B球的水平射程应取为 cm。?
(2)在以下选项中,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球落点位置到O点的距离
C.A球与B球的质量
D.G点相对于水平槽面的高度
64.8
ABC
解析:(1)本题利用了高度相同、小球运动时间相同,在比例式中,可以用位移代替速度,即变难测物理量为易测物理量,围绕10个落点所在的范围作最小的圆,其圆心即为平均落点,xB=64.8 cm。
(2)还应测出未放B球时,A球落点位置到O点的距离,A球和B球碰后,A球落点位置到O点的距离及A、B两球的质量。
1．前提条件：碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”．
2．方案提醒：
(1)若利用气垫导轨进行验证，调整气垫导轨时，应注意利用水平仪确保导轨水平．
(2)若利用平抛运动规律进行验证：
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选质量较大的小球作为入射小球；
④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．
1.4实验：验证动量守恒定律
第一章
动量守恒定律
让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，创造条件，使系统所受外力的矢量和近似为0，满足____________的条件。
动量守恒
实验思路
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。需要测量物体的________，以及两个物体发生碰撞前后各自的________。物体的质量可用________直接测量。
质量
物理量的测量
速度
天平
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，v′1，v2，v2′)，若满足m1v1＋m2v2＝__________________，则验证了碰撞前后总________守恒。
m1v′1＋m2v2′
数据分析
动量
实验：验证动量守恒定律
【实验方案一】利用气垫导轨完成一维碰撞实验
1.实验器材
气垫导轨、光电计时器、天平、滑块两个(带挡光片)、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥。
2.实验原理
1）质量的测量：
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
天平称量出滑块质量m1，m2
【实验方案一】利用气垫导轨完成一维碰撞实验
【实验方案一】利用气垫导轨完成一维碰撞实验
4)不同碰撞情况的实现：
①原来连在一起的物体由于有相互斥力而分开，这也是一种碰撞，如图甲，烧断细线，弹簧片弹开后落下，两个滑块随即向相反方向运动。
②在两滑块相碰的端面装上弹性碰撞架可以得到能量损失很小的碰撞，如图乙。
③在两个滑块的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥，碰撞时撞针插入橡皮泥中，把两个滑块连成一体运动，这样可以得到能量损失很大的碰撞，如图丙。
3.实验步骤
(4)使两滑块依次发生甲、乙、丙图所示的碰撞情况，记录挡光时间，计算滑块碰撞前后的速度。
(1)用天平测量两滑块的质量m1、m2，填入预先设计好的表格中。
(2)安装光电门，使两个光电门之间的距离约为50cm。
(6)整理实验仪器.
(5)改变滑块质量，重复步骤(4)。
(7)数据处理，寻找守恒量.
(3)导轨通气后，调节气垫导轨水平，使滑块在气垫导轨上保持不动或稍微左右摆动。
【实验方案一】利用气垫导轨完成一维碰撞实验
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。
【实验方案一】利用气垫导轨完成一维碰撞实验
【实验方案一】利用气垫导轨完成一维碰撞实验
5.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。
气垫导轨工作时能够通过喷出的气体使滑块悬浮从而基本消除掉摩擦力的影响,因此成为重要的实验器材,气垫导轨和光电门、数字毫秒计配合使用能完成许多实验。现提供以下实验器材:
利用以上实验器材可以完成“验证动量守恒定律”的实验。为完成此实验,某同学将实验原理设定为:m1v0=(m1+m2)v。
(1)针对此原理,应选择的器材为 (填写器材编号)。?
(2)在所选的器材中, (填写器材编号)器材对应原理中的m1。?
ABC
B
解析:(1)题给原理说明碰撞前只有一个滑块运动,碰撞后两滑块结合为一体,所以需要ABC。
(2)碰前运动的滑块需要测其速度,所以应选带遮光板的B作为m1。
参考案例2 研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
铁架台、斜槽、大小相同质量不同的小球两个、重垂线一条、白纸、复写纸、天平、刻度尺、圆规、三角板。
1.实验器材
m1
只有入射小球从固定点下落时的情况
实验过程动画模拟
O
P
m1
m2
碰撞前后的动态过程
M
N
O
P
实验过程动画模拟
M
N
O
P
m1
m2
碰撞后的轨迹示意图
实验过程动画模拟
参考案例2 研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
2.实验步骤
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。用圆规画尽量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。
1）用天平测出两小球的质量，并选定质量大的小球为入射小球。
2）按要求安装好实验装置，并调整斜槽使斜槽末端切线水平。
3）白纸在下，复写纸在上，在适当位置铺放好。在白纸上记下斜槽末端重垂线所指的位置O。
参考案例2 研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
6）测量OP、OM、ON的长度，在误差允许的范围内，看
m1·OP＝m1·OM＋m2·ON是否成立。
5）把被碰小球放在斜槽末端，让入射小球从斜槽上同一高度自由滚下，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。
8）整理好实验器材并放回原处。
7）使入射小球从斜槽不同高度处滚下，重复(4)(5)(6)。
参考案例2 研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
3.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。
3、注意事项
4、误差分析
1.斜槽末端的切线必须水平；
2.选质量较大的小球作为入射小球；
1）系统误差
①碰撞前后两物体v是否共线
②是否满足动量守恒的条件
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
质量m的测量
小球落点的确定
长度的测量。
某同学用如图所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来验证碰撞过程中的动量守恒,图中PQ是斜槽,QR为水平槽。实验时先使A球从斜槽上某一固定位置G由静止开始滚下,落到位于水平地面的记录纸上,留下痕迹。重复上述操作10次,得到10个落点痕迹。再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方,让A球仍从位置G由静止开始滚下,和B球碰撞后,A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹,重复这种操作10次。图中O点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点,B球落点痕迹如图所示,其中刻度尺水平放置,且平行于G、R、O所在的平面,刻度尺的零点与O点对齐。
(1)碰撞后B球的水平射程应取为 cm。?
(2)在以下选项中,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球落点位置到O点的距离
C.A球与B球的质量
D.G点相对于水平槽面的高度
64.8
ABC
解析:(1)本题利用了高度相同、小球运动时间相同,在比例式中,可以用位移代替速度,即变难测物理量为易测物理量,围绕10个落点所在的范围作最小的圆,其圆心即为平均落点,xB=64.8 cm。
(2)还应测出未放B球时,A球落点位置到O点的距离,A球和B球碰后,A球落点位置到O点的距离及A、B两球的质量。
1．前提条件：碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”．
2．方案提醒：
(1)若利用气垫导轨进行验证，调整气垫导轨时，应注意利用水平仪确保导轨水平．
(2)若利用平抛运动规律进行验证：
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选质量较大的小球作为入射小球；
④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．