1.4 实验：验证动量守恒定律2021-2022学年高中物理课件（人教版2019选择性必修第一册）

第一章动量守恒定律1.4验证动量守恒定律人教版（2019）高中物理选择性必修第一册CONTENTS01实验目的02实验方案03实验误差04典型例题目录01实验目的在实验前弄清实验原理，明确实验目的、设计操作过程、动量守恒定律问题1：碰撞的过程遵守什么规律呢?问题２：什么是一维碰撞？问题3：如何处理矢量的方向呢？问题4：如何设计实验？实验成功的条件是什么，如何保证？问题5：怎样测量物体的质量呢？问题6：怎样测量物体的速度呢？v1m1m2想一想规定正方向保证碰撞是一维利用运动学知识，如匀速运动、平抛运动，借助于斜槽、气垫导轨、打点计时器和纸带等来达到实验目的和控制实验条件。问题：碰撞的过程遵守什么规律呢?演示１：质量相同的钢球碰撞质量相差较多的钢球碰撞演示２：质量?速度?结论：以上现象说明两球碰撞后，速度发生了变化，当两球的质量关系发生变化时，速度变化的情况也不同（碰撞过程中，速度的变化与质量的大小有关）。验证碰撞中的动量守恒。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',那么碰撞中动量守恒。实验目的实验原理最简单的碰撞情况——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：v1m1v2m2v1m1v2=0m2v1=0m1v2=0m2弹簧v1m1v2m2一维碰撞02实验方案动量守恒定律在实验前弄清实验原理，明确实验目的、设计操作过程、气垫导轨碰撞滑块光电门L挡光条测出滑块经过光电门的时间t，挡光条的宽度为L，则滑块匀速运动的速度为导轨水平研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒实验器材：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块（两个）、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等。一个运动滑块撞击静止滑块。（mAv+mB·0=mA·0+mBv）两者交换速度，两个静止滑块被弹簧片弹开，一个向左，一个向右

0=mAv-mBv运动滑块撞击静止滑块，撞后两者粘在一起。mAv=(mA+mB)v共mA=mB弹性碰撞非弹性碰撞弹性碰撞弹性碰撞架实验装置斜槽（末端水平）两个小球复写纸白纸天平、刻度尺、重垂线用平抛演示仪装置验证动量守恒定律h斜槽末端切向水平为防止A球反弹，

m1＞m2落点确定：PMNOm1m2实验原理圆心即为小球平均落点测出碰撞前后各球落点到O间的距离xOP、xOM、xON，各球空中运动时间均相同，设为Δt，可得速度为测出小球落点的水平距离可根据平抛运动的规律计算出小球的水平初速度。本实验设计思想巧妙之处在于用长度测量代替速度测量。1.先用天平称量出两个小球的质量mA、mB。3.在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸。2.安装好实验装置，注意使实验器的斜槽末端点的切线水平。4.在白纸上记下重垂线所指的位置O，它表示入射小球mA碰撞前球心的竖直投影点。实验步骤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实验步骤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m1OP＝m1OM＋m2ON，看等式是否成立。实验步骤θβ碰后粘到一起

设摆绳长为L，测出摆角θ和β，机械能守恒可得速度为ABAB保证两绳等长利用单摆测速验证动量守恒橡皮泥测出相邻计数点间的距离Δx，

可得速度为相邻计数点间的时间Δt，光滑桌面通过平衡摩擦力获得利用打点计时器测速验证动量守恒分析频闪照片中A、B滑块碰撞前后的位置情况，设频闪时间间隔为Δ

t，可得速度为

利用频闪照片测速验证动量守恒03实验误差动量守恒定律在实验前弄清实验原理，明确实验目的、设计操作过程、1.实验之前需要将气垫导轨调节水平；注意事项2.实验时应该确保发生的是一维碰撞；3.测量挡光片的宽度时应尽量减小误差；1.斜槽末端要切线要水平；2.每次小球下滑要从同一位置处由静止释放；

3.要保证对心碰撞，两球必须大小相等；4.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；5.入射小球的质量mA和被碰小球的质量mB的大小关系是mA

>mB

。注意事项04典型例题动量守恒定律在实验前弄清实验原理，明确实验目的、设计操作过程、1．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B的质量m2。（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“=”）．2．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3．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Q相碰，并粘合在一起继续运动。（已知打点计时器电源频率为50Hz）（1）两车碰撞前后打出的纸带如图乙所示。测得小车P的质量（包含橡皮泥）mP=0.40kg，小车Q的质量mQ=0.10kg，由以上数据求得碰前系统总动量为___________kg·m/s，碰后系统总动量为___________kg·m/s。（均保留两位有效数字）（2）实验结论：___________。【答案】0.220.21在误差允许的范围内，碰撞前后P、Q总动量守恒如图所示,利用气垫导轨和光电门研究碰撞中的不变量,已知遮光片的宽度为L,两滑块质量分别为mA和mB,开始时滑块A和B相向运动,经过光电门的时间各自为ΔtA和ΔtB，碰撞后，滑块B和A先后以ΔtB′和ΔtA′经过右侧光电门，如果实验中测出碰撞前后两滑块的质量和速度乘积之和保持不变，则可用题中条件写出所满足的关系式是：_____

。针对练习1vAvBvA′vB′L

某同学设计如图甲所示的装置，通过半径相同的A、B

两球碰撞来探究碰撞过程中的不变量。(1)碰撞后B

球的水平射程是_____cm。65.0针对练习2(2)(多选)在以下四个选项中，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OPB.A

B

两球碰撞后，各自落点位置到O

点的距离OM、ONC.A、B

两球的质量mA、mBD.水平槽面相对于O点的高度hABC(3)如果(2)中所测量的物理量满足式子：

，则可验证A、B两球碰撞中的动量守恒。mA·OP＝mA·