新教材人教版高中物理选择性必修第一册 1.4实验：验证动量守恒定律 教学课件

1、第一章 动量守恒定律1.4 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；明确实验所需测量的物理量及其测量方法. （重点）2.设计实验方案，进行数据处理，得出实验结论. （重点）3.知道验证动量守恒定律的实验注意事项. （重点）学习目标一、实验目的验证碰撞中的动量守恒。二、实验思路 在一维碰撞(碰撞前后物体都在同一直线上运动)的情况下,令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,如果速度的方向与设定的坐标轴的正方向一致,取正值,反之则取负值。测出m1、m2,v1、v2,v1、v2,若m1v1+m2v2=m1v1+m2v2,

2、那么碰撞中动量守恒。新课讲解三、参考案例1：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒1.实验中物理量的测量(1)质量的测量:用天平测量质量。(2)速度的测量:利用公式v= ,式中x为滑块(挡光片)的宽度,t为计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门所对应的时间。(3)利用在滑块上增加重物的方法改变碰撞物体的质量。2.实验方法(1)用细线将弹簧片压缩,放置于两个滑块之间,并使它们静止,然后烧断细线,弹簧片弹开后落下,两个滑块随即向相反方向运动(图甲)。(2)在两滑块相碰的端面上装上弹性碰撞架(图乙),可以得到能量损失很小的碰撞。(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

3、块连成一体运动(图丙),这样可以得到能量损失很大的碰撞。【实验器材】气垫导轨(含气泵)、光电计时器、滑块(带挡光片)、弹簧片(或弹簧)、细绳、弹性碰撞架、撞针、橡皮泥等。【实验步骤】(1)用天平测出两滑块的质量,用毫米刻度尺测出滑块上挡光片的宽度。(2)安装好气垫导轨,调节导轨下面的调节旋钮,直到水平仪中的气泡位于中央,此时导轨水平。(3)接通气泵的电源,向气垫导轨通入压缩空气。(4)按照实验方法(2),把滑块2放在气垫导轨的中间,使滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮筋后释放滑块1。(5)记录滑块1通过光电门的时间t1,碰后滑块1和滑块2依次通过光电门的时间t1、t2。【数据处理】结论:碰撞前两

4、滑块的动量之和等于碰撞后两滑块的动量之和。【注意事项】(1)气垫导轨是一种精度较高的现代化仪器,切忌振动、重压,严防碰伤和划伤,禁止在不通气的情况下将滑块在轨面上滑动。(2)调整气垫导轨时要利用水平仪确保导轨水平。比较项碰撞前碰撞后质量m1m2m1m2速度v1v2v1v2总动量1.实验中物理量的测量如图所示,质量较大的小球从斜槽上固定位置滚下来,跟放在斜槽末端的另一质量较小的球发生碰撞后都做平抛运动。由平抛运动知识可知,各小球落地的时间相等。这样如果用小球的飞行时间作时间单位,那么小球飞出的水平距离在数值上就等于它的水平四、参考案例2：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 速度。因此,只要分别测出

5、两小球的质量m1、m2和不放被碰小球时入射小球在空中飞出的水平距离OP,以及入射小球与被碰小球碰撞后分别在空中飞出的水平距离OM和ON,若在实验误差允许的范围内m1OP=m1OM+m2ON,就验证了小球组成的系统碰撞前后总动量守恒。2.实验方法【实验器材】斜槽、铅垂线、质量不等的小球、白纸、复写纸、刻度尺、圆规、三角板、天平等。【实验步骤】(1)用天平测出两个小球的质量,并选定质量大的小球为入射小球。(2)按照图所示,安装实验装置。调整固定斜槽,应使斜槽末端水平,即在水平槽上放置小球,小球能够保持静止,说明槽口末端水平。(3)在水平地面上适当位置铺放白纸,在白纸上铺放复写纸,记下铅垂线所指的位

6、置O(斜槽末端)。(4)不放被碰小球,让入射小球从斜槽上某固定高度滚下,重复10次。用尽可能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。(5)把被碰小球放在斜槽末端,让入射小球从同一高度滚下,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和被碰小球的落点的平均位置N。如图所示。(6)连接ON,测量线段OP、OM、ON的长度。将测量数据填入表中。【数据处理】结论:碰撞前两小球的动量之和等于碰撞后两小球的动量之和。【注意事项】(1)斜槽末端点的切线要水平。(2)入射小球的质量大于被碰小球的质量。(3)每次入射小球在斜槽上同一高度自由滚下。(4

7、)白纸铺好后不能移动。实验次数入射小球的质量m1/g被碰小球的质量m2/gOP(cm)OM(cm)ON(cm)碰前动量碰后动量121现利用如图所示的装置验证动量守恒定律。在图中，气垫导轨上有A、B两个滑块，滑块A右侧带有弹簧片，滑块B左侧也带有一弹簧片，上面固定完全相同的遮光片，光电计时器（未完全画出）可以记录遮光片通过光电门的时间。将光电门2固定在滑块B的右侧，光电门1固定在滑块A的右侧，现给滑块A向右的初速度，使它与静止的B相碰。碰前与光电门1相连的光电计时器显示的时间是t1，碰后与光电门1相连的光电计时器显示的时间是t2，与光电门2相连的光电计时器显示的时间是t3，滑块A的质量m1，滑块

8、B的质量m2。当堂小练（1）要验证碰撞中动量守恒，需要验证的表达式为_（m1、m2、t1、t2、t3用表示）（2）要验证碰撞是弹性碰撞，需要验证的表达式为_（t1、t2、t3用表示）（3）假设碰撞是弹性碰撞，为保证碰后A向左运动，则m1_m2（填“”“”或“=”）【答案】2.某同学利用如图甲所示的实验装置“验证动量守恒定律”，两滑块A、B由气垫导轨的左右两侧开始滑动，经测量可知两滑块通过光电门1、2的遮光时间分别为t1和t2，两滑块碰后粘在一起，且经过一段时间第二次通过光电门2，测量可知第二次通过光电门时的遮光时间为t。（1）该同学利用螺旋测微器测量两遮光条的宽度时，其读数均如图乙所示，则遮光

9、条的宽度d=_mm。（2）两滑块第二次通过光电门2的速度是_（用d、t表示）（3）该同学测得两滑块A、B的质量（包括遮光条的质量）分别为m1和m2，写出动量守恒的关系式：_（用相关物理量的字母表示）【答案】3.485（3.4823.488） 3利用气垫导轨通过闪光照相进行“探究碰撞中的不变量”实验.实验所用的装置：甲图两滑块分别装有弹性圈，乙图两滑块分别装有撞针和橡皮泥。则：（1）若实验要求研究两滑块碰撞时机械能损失最大，应选图_（选填“甲”或“乙”）；（2）某次实验所用两滑块A、B的质量分别为mA=0.3kg、mB=0.9kg，碰撞前B滑块静止，A滑块匀速向B滑块运动并发生碰撞，利用频闪照相

10、的方法连续4次拍摄得到的闪光照片如图丙所示。相邻两次闪光的时间间隔为T=0.2s，在这4次闪光的过程中，A、B两滑块均在0-80cm范围内，且第1次闪光时，滑块A恰好位于x=10.0cm处.若A、B两滑块的碰撞时间及闪光持续的时间极短均可忽略不计。试根据闪光照片分析得出：若选取水平向右为正方向，则两滑块碰撞前A的动量为_kg.m/s.两滑块碰撞后A的动量为_kg.m/s，B的动量为_kg.m/s.通过实验数据分析，就可以找到碰撞前后的“不变量”。【答案】乙 0.3 -0.15 0.45 4如图所示为“验证动量守恒定律”实验装置的示意图，下面是本实验中涉及到的部分物理量h入射球释放时的高度H小球

11、离开斜槽末端平抛的高度OP、OQ、OR平抛的水平位移（1）在以上几个量中必须测量的是OP、OQ、_（填表示物理量的符号）。除这些量外，实验中还应测量的物理量是入射小球的质量m1和_（用文字表述，并明确一个表示该量的符号）。（2）实验最终要验证的表达式为_。（用上边的符号表示）（3）下列哪些做法有助于完成实验，减小实验误差_。A实验前仔细调整斜槽，使其末端点的切线水平B让入射小球的直径大于被碰小球的直径C改变入射小球滑下的高度h，重复实验，通过多次测量取平均值确定水平位移D注意在实验中不能移动地面上所铺白纸的位置【答案】OR 被碰小球的质量m2 AD 5某同学用如图甲所示装置通过半径相同的A、B

12、两球的碰撞来验证动量守恒定律。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，得到了如图乙所示的三个落地点。（1）找出各落地点的平均位置，并在如图中读出OP_。（2）已知mA：mB2：1，碰撞过程中动量守恒，则由图可以判断出R是_球的落地点，P是_球的落地点。（3）用题中的字母写出动量守恒定律的表达式_。【答案】13.0cm B A mAOQmAOPmBOR 6用图甲所示装置验证动量守恒定律，在长木板右端下面垫放小木片，补偿阻力。小车P的前端粘有橡皮泥，后端连着纸带。接通电源，轻推小车P使之运动，小车P运动一段时间后，与原来静止的小车