【课件】实验：验证动量守恒定律+课件高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

教2019版教材17页~20页第一章动量守恒定律

--实验：验证动量守恒定律0、实验原理20.1实验原理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。当发生碰撞时作用时间很短，内力远大于外力，因此碰撞满足动量守恒的条件。在一维碰撞的情况下，设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′，若系统所受合外力为零，则系统的动量守恒，则m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′。1、研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒31.1实验装置&碰撞方法气垫导轨碰撞滑块光电门L挡光条导轨水平(1)质量的测量:用天平测量质量。(2)速度的测量:利用公式

，式中L为滑块(挡光片)的宽度，Δt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。1、研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒41.1实验装置&碰撞方法滑块碰撞后分开滑块碰撞后粘连弹簧使静止滑块分开碰撞方法：(1)用细线将弹簧压缩,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上装上弹性碰撞架,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,把两个滑块连成一体运动,这样可以得到能量损失很大的碰撞。实验装置：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块（两个）、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥、弹簧、细绳等。1、研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒51.2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。1、研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒61.3数据记录及处理比较项碰撞前碰撞后质量m1m2m1m2

速度v1v2v1'v2'

总动量

结论：碰撞前两滑块的动量之和等于碰撞后两滑块的动量之和。1、研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒71.4误差分析及注意事项偶然误差：主要来源于对质量m和速度v的测量。系统误差：主要来源于装置本身是否符合要求：1、碰撞是否为一维碰撞；2、是否符合合外力为零的条件。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。1、研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒8例1、某同学利用气垫导轨做“验证动量守恒定律”的实验，气垫导轨装置如图所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架、光电门等组成。(1)下面是实验的主要步骤：①安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；②向气垫导轨通入压缩空气；③接通数字计时器；④把滑块2静止放在气垫导轨的中间；1、研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒9⑤滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；⑥释放滑块1，滑块1通过光电门1后与左侧带有固定弹簧(未画出)的滑块2碰撞，碰后滑块2和滑块1依次通过光电门2，两滑块通过光电门2后依次被制动；⑦读出滑块通过光电门的挡光时间分别为：滑块1通过光电门1的挡光时间Δt1＝10.01ms，通过光电门2的挡光时间Δt2＝49.99ms，滑块2通过光电门2的挡光时间Δt3＝8.35ms；⑧测出挡光板的宽度d＝5mm，测得滑块1的质量为m1＝300g，滑块2(包括弹簧)的质量为m2＝200g.1、研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒10(2)数据处理与实验结论：①实验中气垫导轨的作用是：A._______________________；B.________________________.②碰撞前滑块1的速度v1为_____m/s；碰撞后滑块1的速度v2为______m/s；碰撞后滑块2的速度v3为_____m/s。(结果均保留两位有效数字)③碰撞前系统的总动量为m1v1＝____。碰撞后系统的总动量为m1v2＋m2v3＝_______。由此可得实验结论：______________。2、研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒112.1实验原理如图所示，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速度。因此,只要分别测出两小球的质量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、研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒122.2实验装置&实验步骤实验装置：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置O(斜槽末端)。2、研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒132.2实验装置&实验步骤实验步骤：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。2、研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒142.3数据记录及处理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1

2

结论：碰撞前两滑块的动量之和等于碰撞后两滑块的动量之和。2、研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒152.4注意事项注意事项：1、入射小球的质量m1大于被碰小球的质量m2(m1>m2)。2、入射小球半径等于被碰小球半径。3、入射小球每次必须从斜槽上同一高度处由静止滚下。4、斜槽末端的切线水平。5、白纸铺好后不能移动。2、研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒16例2、某同学用图甲所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来验证动量守恒定律，图中CQ是斜槽，QR为水平槽，二者平滑相接，调节实验装置，使小球放在QR上时恰能保持静止，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，落到位于水平地面上的记录纸上，留下痕迹。重复上述操作10次，得到10个落点痕迹。然后把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。2、研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒17例2、图甲中O是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点，P为未放被碰球B时A球的平均落点，M为与B球碰后A球的平均落点，N为被碰球B的平均落点.若B球落点痕迹如图乙所示，其中米尺水平放置，且平行于OP.米尺的零刻度与O点对齐.(1)入射球A的质量mA和被碰球B的质量mB的关系是mA____mB(选填“>”“<”或“＝”).(2)碰撞后B球的水平射程约为___________________cm.2、研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒18例2、(3)下列选项中，属于本次实验必须测量的是______(填选项前的字母).A.水平槽上未放B球时，测量A球平均落点位置到O点的距离B.A球与B球碰撞后，测量A球平均落点位置到O点的距离C.测量A球或B球的直径D.测量A球和B球的质量E.测量G点相对于水平槽面的高度2、研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒19例2、(3)下列选项中，属于本次实验必须测量的是______(填选项前的字母).A.水平槽上未放B球时，测量A球平均落点位置到O点的距离B.A球与B球碰撞后，测量A球平均落点位置到O点的距离C.测量A球或B球的直径D.测量A球和B球的质量E.测量G点相对于水平槽面的高度(4)若系统动量守恒，则应有关系式：_______________________.3、实验创新设计20例3、利用如图所示的装置做“验证动量守恒定律”的实验，质量为mA的钢球A用细线悬挂于O点，质量为mB的钢球B放在离地面高度为H的小支柱N上。O点到A球球心的距离为L。使悬线在A球释放前伸直，且线与竖直方向的夹角为α，A球释放后摆动到最低点时恰与B球正碰，碰撞后，A球把轻质指示针OC推移到与竖直方向夹角为β处，B球落到地面上，地面上铺一张盖有复写纸的白纸D.保持α角度不变，多次重复上述实验，白纸上记录了多个B球的落点，重力加速度为g.(悬线长远大于小球半径)3、实验创新设计21例3、(1)图中x应是B球初始位置到___