資源簡介

(共33張PPT)
第一章 動量守恒定律
1.4實驗：驗證動量守恒定律
人教版（2019）高中物理選擇性必修第一冊
學習目標
1
新課講解
3
實驗思路
2
經典例題
4
課堂練習
5
本課小結
6
目錄
毛主席說：實踐是檢驗真理的唯一標準。
同樣，實驗是檢驗定律的唯一標準
生活中常見的碰撞近似滿足動量守恒的條件，故我們可以通過碰撞實驗來驗證動量守恒定律。
新課導入
學習目標
1.通過分析教材提供的實驗方案,學習根據要求設計實驗的方法
2.會正確使用氣墊導軌、光電門獲得實驗數據
3.理解利用斜槽實驗時速度測量原理
4.通過實驗培養學生實事求是的科學態度、創新精神
思考
問題1：碰撞的過程遵守什么規律呢
問題２：什么是一維碰撞？
問題3：如何處理矢量的方向呢？
問題4：如何設計實驗？實驗成功的條件是什么，如何保證？
問題5：怎樣測量物體的質量呢？
問題6：怎樣測量物體的速度呢？
規定正方向
保證碰撞是一維
利用運動學知識，如勻速運動、平拋運動，借助于斜槽、氣墊導軌、打點計時器和紙帶等來達到實驗目的和控制實驗條件。
v1
m1
m2
問題：碰撞的過程遵守什么規律呢
演示１：
質量相同的鋼球碰撞
質量相差較多的鋼球碰撞
演示２：
結論：以上現象說明兩球碰撞后，速度發生了變化，當兩球的質量關系發生變化時，速度變化的情況也不同（碰撞過程中，速度的變化與質量的大小有關）。
一維碰撞
最簡單的碰撞情況—— 兩個物體碰撞前沿同一直線運動，碰撞后仍沿這條直線運動。這種碰撞叫做一維碰撞。如下圖所示：
v1
m1
v2
m2
v1
m1
v2 = 0
m2
v1 = 0
m1
v2 = 0
m2
彈簧
v1
m1
v2
m2
在一維碰撞(碰撞前后物體都在同一直線上運動)的情況下,令兩個物體的質量分別為m1、m2,碰撞前的速度分別為v1、v2,碰撞后的速度分別為v1'、v2',如果速度的方向與設定的坐標軸的正方向一致,取正值,反之則取負值。測出m1、m2,v1、v2,v1'、v2',若m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2',那么碰撞中動量守恒。
一、實驗目的
驗證碰撞中的動量守恒。
二、實驗思路
三、實驗方案
方案一：研究氣墊導軌上滑塊碰撞時的動量守恒
氣墊導軌
碰撞滑塊
光電門
L
擋光條
導軌水平
1.實驗器材：氣墊導軌、光電計時器、天平、滑塊（兩個）、彈簧片、細繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥等。
2.實驗原理
（1）質量的測量：天平稱量出滑塊質量m1，m2
（2）速度的測量：
利用公式 測出碰前m1的速度v1和碰后m1的速度v1 和m2的速度v2
Δx—遮光條寬度
Δt—遮光條經過光電門的時間
（3）利用加重物來改變滑塊的質量
3.實驗方法
(1)用細線將彈簧片壓縮,放置于兩個滑塊之間,并使它們靜止,然后燒斷細線,彈簧片彈開后落下,兩個滑塊隨即向相反方向運動(圖甲)。
(2)在兩滑塊相碰的端面上裝上彈性碰撞架(圖乙),可以得到能量損失很小的碰撞。
(3)在兩個滑塊的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥,碰撞時撞針插入橡皮泥中,把兩個滑塊連成一體運動(圖丙),這樣可以得到能量損失很大的碰撞。
4、實驗步驟
(1)用天平測出兩滑塊的質量,用毫米刻度尺測出滑塊上擋光片的寬度。
(2)安裝好氣墊導軌,調節導軌下面的調節旋鈕,直到水平儀中的氣泡位于中央,此時導軌水平。
(3)接通氣泵的電源,向氣墊導軌通入壓縮空氣。
(4)按照實驗方法(2),把滑塊2放在氣墊導軌的中間,使滑塊1擠壓導軌左端彈射架上的橡皮筋后釋放滑塊1。
(5)記錄滑塊1通過光電門的時間t1,碰后滑塊1和滑塊2依次通過光電門的時間t1'、t2。
5、數據處理
比較項 碰撞前 碰撞后
質量 m1 m2 m1 m2

速度 v1 v2 v1' v2'

總動量
結論:碰撞前兩滑塊的動量之和等于碰撞后兩滑塊的動量之和。
【注意事項】(1)氣墊導軌是一種精度較高的現代化儀器,切忌振動、重壓,嚴防碰傷和劃傷,禁止在不通氣的情況下將滑塊在軌面上滑動。
(2)調整氣墊導軌時要利用水平儀確保導軌水平。
一個運動滑塊撞擊靜止滑塊。
（mAv+mB·0=mA·0+mBv）兩者交換速度，
兩個靜止滑塊被彈簧片彈開，一個向左，一個向右 0=mAv-mBv
運動滑塊撞擊靜止滑塊，撞后兩者粘在一起。mAv=(mA+mB)v共
mA=mB
彈性碰撞
非彈性碰撞
彈性碰撞
彈性碰撞架
方案二：用平拋演示儀裝置驗證動量守恒定律
三、實驗方案
斜槽（末端水平）
兩個小球
復寫紙
白紙
天平、刻度尺、重垂線
1.實驗器材：斜槽、大小相等質量不同的小球兩個、重垂線、白紙、復寫紙、天平、刻度尺、圓規、三角板。
實驗中物理量的測量
如圖所示,質量較大的小球從斜槽上固定位置滾下來,跟放在斜槽末端的另一質量較小的球發生碰撞后都做平拋運動。由平拋運動知識可知,各小球落地的時間相等。這樣如果用小球的飛行時間作時間單位,那么小球飛出的水平距離在數值上就等于它的水平速度。
因此,只要分別測出兩小球的質量m1、m2和不放被碰小球時入射小球在空中飛出的水平距離OP,以及入射小球與被碰小球碰撞后分別在空中飛出的水平距離OM和ON,若在實驗誤差允許的范圍內m1OP=m1OM+m2ON,就驗證了小球組成的系統碰撞前后總動量守恒。
h
斜槽末端切向水平
為防止A球反彈， m1＞m2
落點確定：
P
M
N
O
m1
m2
圓心即為小球平均落點
測出碰撞前后各球落點到O間的距離xOP、xOM、xON，
各球空中運動時間均相同，設為Δ t，可得速度為
測出小球落點的水平距離可根據平拋運動的規律計算出小球的水平初速度。
本實驗設計思想巧妙之處在于用長度測量代替速度測量。
2.實驗原理
3.實驗步驟
(1)用天平測出兩個小球的質量,并選定質量大的小球為入射小球。
(2)按照圖所示,安裝實驗裝置。調整固定斜槽,應使斜槽末端水平,即在水平槽上放置小球,小球能夠保持靜止,說明槽口末端水平。
(3)在水平地面上適當位置鋪放白紙,在白紙上鋪放復寫紙,記下鉛垂線所指的位置O(斜槽末端)。
(4)不放被碰小球,讓入射小球從斜槽上某固定高度滾下,重復10次。用盡可能小的圓把所有的小球落點圈在里面,圓心P就是小球落點的平均位置。
(5)把被碰小球放在斜槽末端,讓入射小球從同一高度滾下,使它們發生碰撞,重復實驗10次。用步驟(4)的方法,標出碰后入射小球落點的平均位置M和被碰小球的落點的平均位置N。如圖所示。
(6)連接ON,測量線段OP、OM、ON的長度。將測量數據填入表中。
4、數據處理
結論:碰撞前兩小球的動量之和等于碰撞后兩小球的動量之和。
【注意事項】
(1)斜槽末端點的切線要水平。
(2)入射小球的質量大于被碰小球的質量。
(3)每次入射小球在斜槽上同一高度自由滾下。
(4)白紙鋪好后不能移動。
實驗 次數 入射小球的 質量m1/g 被碰小球的 質量m2/g OP (cm) OM (cm) ON (cm) 碰前 動量 碰后
動量
1
2
θ
β
碰后粘到一起

設擺繩長為L，測出擺角θ和β，機械能守恒可得速度為
A
B
A
B
保證兩繩等長
方案三：利用單擺測速驗證動量守恒
分析頻閃照片中A、B滑塊碰撞前后的位置情況，設頻閃時間間隔為Δ t，可得速度為

方案四：利用頻閃照片測速驗證動量守恒
四、注意事項
1.實驗之前需要將氣墊導軌調節水平；
2.實驗時應該確保發生的是一維碰撞；
3.測量擋光片的寬度時應盡量減小誤差；
1.斜槽末端要切線要水平；
2.每次小球下滑要從同一位置處由靜止釋放；
3.要保證對心碰撞，兩球必須大小相等；
4. 小球的諸多落點要用用圓規畫盡可能小的圓把所有的小球落點都圈在里面，該小圓的圓心即為小球的平均落點 ；
5. 入射小球的質量mA和被碰小球的質量mB的大小關系是mA > mB 。
四、注意事項
典例分析
例1.用下圖實驗裝置驗證《動量守恒定律》，a、b球的半徑為r，a球的質量m1，b球的質量m2，則下列說法正確的是（　 　）
A．小球滾動滑槽必須光滑
B．a球的質量m1應大于b球的質量m2
C．要驗證的表達式是m1OB=m1OA+m2OC
D．要驗證的表達式是m1OB=m1OA+m2(OC﹣2r)
a
O
B
A
C
b
H
BC
典例分析
例2.某同學設計如圖甲所示的裝置，通過半徑相同的 A、B 兩球碰撞來探究碰撞過程中的不變量。
(1)碰撞后 B 球的水平射程是_____cm。
65.0
圖甲
典例分析
(2)(多選)在以下四個選項中，本次實驗必須進行的測量是( )
A. 水平槽上未放 B 球時，A 球落點位置到 O 點的距離OP
B. A B 兩球碰撞后，各自落點位置到 O 點的距離OM、ON
C. A、B 兩球的質量mA、mB
D. 水平槽面相對于O點的高度h
ABC
(3)如果(2)中所測量的物理量滿足式子： ，則可驗證A、B兩球碰撞中的動量守恒。
mA·OP＝mA·OM＋mB·ON
實驗類問題應該尤其注意實驗原理的把握。本題中可以通過化簡將高度h和時間t消去，測量時會更加方便。
課堂練習
1.利用氣墊導軌做驗證碰撞中的動量守恒實驗時,不需要測量的物理量是(　　)
A.滑塊的質量 B.擋光時間
C.擋光片的寬度 D.滑塊移動的距離
　解析:根據實驗原理可知,滑塊的質量、擋光時間、擋光片的寬度都是需要測量的物理量,其中滑塊的質量用天平測量,擋光時間用光電計時器測量,擋光片的寬度可事先用刻度尺測量。只有移動的距離不需要測量,故選項D正確。
D
課堂練習
2.氣墊導軌工作時能夠通過噴出的氣體使滑塊懸浮從而基本消除掉摩擦力的影響,因此成為重要的實驗器材,氣墊導軌和光電門、數字毫秒計配合使用能完成許多實驗。現提供以下實驗器材:
利用以上實驗器材可以完成“驗證動量守恒定律”的實驗。為完成此實驗,某同學將實驗原理設定為:m1v0=(m1+m2)v。
(1)針對此原理,應選擇的器材為　　　　(填寫器材編號)。
(2)在所選的器材中,　　　　(填寫器材編號)器材對應原理中的m1。
解析:(1)題給原理說明碰撞前只有一個滑塊運動,碰撞后兩滑塊結合為一體,所以需要ABC。
(2)碰前運動的滑塊需要測其速度,所以應選帶遮光板的B作為m1。
答案:(1)ABC　(2)B
3.下圖為氣墊導軌上兩個滑塊A、B相互作用后運動過程的頻閃照片,頻閃的頻率為10 Hz。開始兩個滑塊靜止,它們之間有一根被壓縮的輕彈簧,滑塊用細繩連接,細繩燒斷后,兩個滑塊向相反方向運動。已知滑塊 A、B的質量分別為200 g、300 g,根據照片記錄的信息,可知細繩燒斷后,A滑塊做　　　　　　　　運動,其速度大小為　　　m/s。本實驗中得出的結論是　 　。
解析:由題圖可知,細繩燒斷后,A、B均做勻速直線運動,開始時:vA=0,vB=0,規定向右方向為正方向,則
A、B被彈開后,
vA'=-0.09 m/s,vB'=0.06 m/s
mAvA'=0.2×(-0.09) kg·m/s=-0.018 kg·m/s
mBvB'=0.3×0.06 kg·m/s=0.018 kg·m/s
由此可得0=mBvB'+mAvA'
結論是兩滑塊組成的系統在相互作用前后總動量相等。
答案:勻速直線　0.09　兩滑塊組成的系統在相互作用前后總動量相等
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