【物理】实验：验证动量守恒定律课件 2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

第一章

动量守恒定律第4节

实验：验证动量守恒定律

1.找一个碰撞过程，设计实验装置2.设法测量出碰撞前后系统的动量3.比较前后动量的大小关系4.处理数据并得出结论新课引入：在实验室如何验证动量守恒定律呢？目录第4节

实验：验证动量守恒定律方案一：气垫导轨法方案二：打点计时器法方案三：单摆法方案四：抛体法一、气垫导轨法1.天平测质量m碰撞前碰撞后质量m1m2m1m2速度v1v2v1’v2’mvm1v1+m2v2m1v1’+m2v2’2.光电门测速度V3.列表处理数据注意：导轨一定保持水平碰撞前碰撞后质量m1m2m1m2速度v1v2v1’v2’mvm1v1+m2v2m1v1’+m2v2’一、气垫导轨法1.天平测质量m2.光电门测速度V3.列表处理数据①在两车碰撞处加轻弹簧，使两小车碰撞后可以完全弹开。0.250.250.250.250.420.000.000.400.1050.100m1m2v0m1m2v0碰撞前碰撞后质量m1m2m1m2速度v1v2v1’v2’mvm1v1+m2v2m1v1’+m2v2’②在两车碰撞处加撞针和橡皮泥，使两小车碰后粘一起。0.450.250.450.250.320.000.200.200.1440.140一、气垫导轨法③在两车碰撞处加撞针和橡皮泥或弹簧，使两小迎面相撞。①在两车碰撞处加轻弹簧，使两小车碰撞后可以完全弹开。碰撞前碰撞后质量m1m2m1m2速度v1v2v1’v2’mvm1v1+m2v2m1v1’+m2v2’②在两车碰撞处加撞针和橡皮泥，使两小车碰后粘一起。0.450.250.450.250.320.000.200.200.1440.140一、气垫导轨法③在两车碰撞处加撞针和橡皮泥或弹簧，使两小迎面相撞。①在两车碰撞处加轻弹簧，使两小车碰撞后可以完全弹开。4.实验结论：碰撞过程中系统的mv的矢量和守恒(1)实验中还应测量的物理量及其符号是_______________________________。(2)若取A滑块的运动方向为正方向，则放开卡销前，A、B两滑块动量之和为________；A、B两滑块与弹簧分离后，动量之和为__________________。若这两个和相等，即可验证动量守恒定律。【典例1】在“验证动量守恒定律”实验中常会用到气垫导轨，导轨与滑块之间形成空气垫，使滑块在导轨上运动时几乎没有摩擦。现在有滑块A、B和带竖直挡板C、D的气垫导轨，用它们验证动量守恒定律，实验装置如图所示(弹簧的长度忽略不计)。采用的实验步骤如下：a．用天平分别测出滑块A、B的质量mA、mB；b．调整气垫导轨使之水平；c．在A、B间放入一个被压缩的轻弹簧，

用电动卡销锁定，静止放置在气垫导轨上；d．用刻度尺测出A的左端至挡板C的距离L1；e．按下电钮放开卡销，同时开始计时，当A、B滑块分别碰撞挡板C、D时结束计时，记下A、B分别到达C、D的运动时间t1和t2。B的右端至挡板D的距离L20

(2)若取A滑块的运动方向为正方向，则放开卡销前，A、B两滑块动量之和为________；A、B两滑块与弹簧分离后，动量之和为__________________。若这两个和相等，即可验证动量守恒定律。(3)实际实验中，弹簧作用前后，A、B两滑块动量之和并不完全相等，可能产生误差的原因有________。A．气垫导轨不完全水平B．滑块A、B的质量不完全相等C．滑块与导轨间的摩擦力不真正为零D．质量、距离、时间等数据的测量有误差ACD0

碰撞前碰撞后质量m1m2m1m2速度v1v2v1’v2’mvm1v1+m2v2m1v1’+m2v2’1.天平测质量2.打点计时器测速度注意:一定要倾斜木板平衡摩擦力二、打点计时器法0.250.250.250.250.420.000.200.200.1050.100三、单摆法2.量角器测角度21.天平测质量θαm1v0=βm1v1+m2v2V1V21LV0【典例2】用如图所示装置来“验证动量守恒定律”，质量为mB的钢球B放在小支柱N上，球心离地面高度为H；质量为mA的钢球A用细线拴好悬挂于O点，当细线被拉直时O点到球心的距离为L，且细线与竖直线之间夹角为α；球A由静止释放，摆到最低点时恰与球B发生正碰，碰撞后，A球把轻质指示针C推移到与竖直夹角为β处，B球落到地面上，地面上铺有一张盖有复写纸的白纸D，用来记录球B的落点。(1)用图中所示各个物理量的符号表示碰撞前后A、B两球的速度(设A、B两球碰前的速度分别为vA、vB，碰后速度分别为vA′、vB′)，则vA＝________________，vA′＝________________，vB＝____，vB′＝__________。(2)请你提供两条提高实验精度的建议：__________________________________________________________________________________________________。

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①多次实验，求B球落点的平均位置②α角取值不要太小③两球A、B的质量不要太小。四、抛体法1.天平测质量2.刻度尺测水平位移0Pm1m2=NM注意：必须满足m1>m2、

r1＝r2(6)入射球的位置应适当高些，这样入射速度大，内力大。四、抛体法3.注意事项(1)斜槽末端切线必须水平(3)入射球的质量m1大于被碰球的质量m2。m1>m2(4)实验中实验桌、斜槽、白纸的位置要始终保持不变。(5)不需要测量速度的具体数值，转化为水平距离的测量。(2)入射小球每次都必须从斜槽同一高度静止释放。1.天平测质量2.刻度尺测水平位移

产生原因减少方法偶然误差质量m和速度v的测量、读数采取多次测量求平均值系统误差(1)碰撞是否为一维碰撞(2)实验是否满足动量守恒的条件，两球是否等大，斜槽末端切线是否水平设计方案时应保证碰撞为一维碰撞，且尽量满足动量守恒的条件四、抛体法3.注意事项1.天平测质量2.刻度尺测水平位移4.误差分析【典例3】如图所示，用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。(1)实验中，直接测量小球碰撞前后的速度是不容易的。但是，可以通过仅测量__________(填选项前的符号)，间接地解决这个问题。A．小球开始释放时距桌面的高度hB．小球抛出点距地面的高度HC．小球做平抛运动的射程C(2)图中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影，实验时先让入射球m1多次从倾斜轨道上S位置静止释放，找到其平均落地点的位置P，测量平抛射程OP，然后，把被碰小球m2静置于轨道的水平部分，再将入射球m1从斜轨上S位置静止释放，与小球m2相碰，并多次重复。接下来要完成的必要步骤是__________。(填选项前符号)A．用天平测量两个小球的质量m1、m2B．测量小球m1开始释放时距桌面的高度hC．测量抛出点距地面的高度HD．分别找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、NE．测量平抛射程OM、ON(3)若两球碰撞前后的动量守恒，表达式________________________[用(2)中测量的量表示]。ADEm1·0M＋m2·0N＝m1·0P【典例4】[实验原理的创新]如图所示，OA为一圆弧，其末端切线水平。ABC为一斜面体，圆弧末端恰好与斜面体顶端在A点重合。现借助该装置验证碰撞中的动量守恒。(1)先不放玻璃小球2，让钢球1从圆弧上某一适当的位置由静止自由滚下，重复10次，用尽可能小的圆将所有的落点都圈在里面，得到钢球1的平均落点；(2)将玻璃小球2静置在A点，让入射钢球1继续从相同的位置处由静止自由滚下，在A点与小球2发生碰撞，重复10次，用同样的办法确定它们各自的平均落点(两小球体积相同，且均视为质点)；(3)确定的落点为斜面上的P、M、N三点，其中________点为玻璃小球2的落点；N(4)为了验证碰撞中的动量守恒，必须测量的物理量有________；A．小球1、2的质量m1、m2B．斜面倾角θC．各落点到A点的距离LAM、LAP、LAN(5)实验需要验证是否成立的表达式为__________________________(用所测物理量表示)。AC

【典例5】[数据处理的创新]利用气垫导轨通过频闪照相进行“验证动量守恒定律”这一实验。

某次实验时，碰撞前B滑块静止，A滑块匀速向B滑块所处方向运动并发生碰撞，利用频闪照相的方法连续4次拍摄得到的频闪照片如图所示。

已知相邻两次闪光的时间间隔为T，在这4次闪光的过程中，A、B两滑块均在0～80cm内，且第1次闪光时，滑块A恰好位于x＝10cm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，则可知碰撞发生在第1次闪光后的________时刻，A、B两滑块质量之比mA∶mB＝________。2.5T2∶3【典例6】某同学用图甲所示装置通过大小相同的A、B两小球的碰撞来验证动量守恒定律。图中PQ是斜槽，实验时先使A球从斜槽上某一固定位置C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球放在水平槽末端，让A球仍从位置C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。(1)安装器材时要注意：固定在桌边上的斜槽末端的切线要沿________方向。(2)小球A的质量m1与小球B的质量m2应满足的关系是m1________m2(填“＞”“＜”或“＝”)。水平＞(3)某次实验中，得出小球的落点情况如图乙所示，P′、M、N分别是入射小球在碰前、碰后和被碰小球在碰后落点的平均位置(把落点圈在内的最小圆的圆心)。若本次实验的数据很好地验证了动量守恒定律，则入射小球和被碰小球的质量之比m1∶m2＝________。4:1【典例7】“探究碰撞中的不变量”的实验装置如图所示，阻力很小的滑轨上有两辆小车A、B，给小车A一定速度去碰撞静止的小车B，小车A、B碰撞前后的速度大小可由速度传感器测得。(1)实验应进行的操作有________(单选)。A．测量滑轨的长度B．测量小车的长度和高度C．碰撞前将滑轨调成水平(2)下表是某次实验时测得的数据：A质量/kgB质量/kg碰前A速度/(m·s－1)碰后A速度/(m·s－1)碰后B速度/(m·s－1)0.2000.3001.010-0.2000.800由表中数据可知，碰撞后小车A、B所构成系统的总动量大小是________kg·m/s。(结果保留