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高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册第一章 动量守恒定律4 实验：验证动量守恒定律示范课课件ppt
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这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册第一章 动量守恒定律4 实验：验证动量守恒定律示范课课件ppt，共41页。PPT课件主要包含了回顾复习，新课引入，新课讲授，生活中的实例，思考与讨论，实验思路，物理量的测量，2利用光电门测速，可供选择的实验器材，参考方案一等内容，欢迎下载使用。
1.系统动量守恒的条件是什么？
(1)系统不受外力；(理想条件)
(2)系统受到外力，但外力的合力为零；(实际条件)
(3)系统所受外力合力不为零，但系统内力远大于外力，外力相对来说可以忽略不计，因而系统动量近似守恒；(近似条件）
(4)系统总的来看虽不符合以上三条中的任何一条，但在某一方向上符合以上三条中的某一条，则系统在这一方向上动量守恒.(单向条件)
2.系统满足动量守恒定律的公式是什么？
(1)m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'
(2)m1∆v1= -m2∆v2
上一节课我们分别通过动量定理和牛顿运动定律两个不同的角度，理论上证明了动量守恒定律，那么我们如何通过实验来加以验证呢？
1.生活中的这些实例，物体或人所受合外力是否为零？
2.我们是否可以对物体或人组成的系统应用动量守恒定律？
碰撞过程——尽管生活中碰撞的物体所受合外力不能为零，但在这一过程中往往内力远大于外力，我们可以近似认为碰撞满足动量守恒定律的条件。
1.生活中什么样的过程可以尽可能的满足动量守恒的条件？
2.实验室中，我们为了实验验证的方便应该设计怎样的碰撞？
一维碰撞——碰撞前后两物体沿同一直线运动，便于数据收集和分析。
1.根据动量守恒定律的表达式：m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'，实验中我们需要测量哪些物理量？
（1）测量物体的质量：m1和m2
（2）测量物体碰撞前后的速度：v1、v2、v1'、v2'
2.如何测两个物体的质量？
物体质量可用天平直接测量
3.如何测量物体碰撞前后的速度？根据你所学以往知识能说出几种？
（1）利用打点计时器测速
（3）利用机械能守恒定律测速
（4）利用平抛运动测速
三、实验方案及数据分析
你是否可以从以上器材中选择其中的一些，设计除符合要求的实验方案来？
1.实验器材：气垫导轨、光电门、天平、两个滑块（带遮光板）、砝码、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、撞针、橡皮泥。
2.实验中需要测量的物理量:
(1)质量的测量：用天平测量滑块的质量。
（1）选取两个质量不同的滑块，在两个滑块相互碰撞的端面装上弹性碰撞架滑块碰撞后随即分开
（2）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，使两个滑块连成一体运动。如果在两个滑块的碰撞端分别贴上尼龙拉扣，碰撞时它们也会连成一体。
（3）原来连在一起的物体由于有相互斥力而分开，这也是一种碰撞，例如在两个滑块间放置轻质弹簧，挤压两个滑块使弹簧压缩，并用一根细线将两个滑块固定。烧断细线，弹簧弹开后落下，两个滑块由静止向相反方向运动。
(1)用天平测出两滑块的质量，用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，直到调至导轨水平。
(3)使两滑块依次按照以上三种方式，记录挡光时间，计算滑块碰撞前后的速度。
(4)数据处理，实验验证滑块碰撞前后动量守恒。
(1)气垫导轨的作用是什么？步骤第二步为什么调至导轨水平？你能想出哪些方法？
(2)如果物体碰撞后的速度方向与原来的方向相反，应该怎样记录？
6.收集数据，填入表格：
在实验误差允许范围内，两滑块组成的系统动量守恒。
1.实验器材： 斜槽、同体积的钢球两个、重垂线、白纸、复写纸、天平、刻度尺、圆规。
(1)质量的测量：用天平测量测小球的质量。
思考与讨论：为什么可以不测小球速度的具体数值，也可验证动量守恒定律？
(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)。
(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。
(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。
(6)连接ON,测量线段OP、OM、ON的长度。将测量数据填入表中。
5.收集数据处理，实验验证结论：
碰撞前两小球的动量之和等于碰撞后两小球的动量之和。
(7)白纸铺好后不能移动
（1）斜槽未端的切线要水平，以保证小球作平抛运动
（2）入射小球的质量m1大于被碰小球的质量m2(m1>m2).
（3）入射小球半径等于被碰小球半径
（4）入射小球每次必须从斜槽上同一高度处由静止滚下
（5）让入射小球从同一高度由静止多次滚下，进行多次实验，然后用圆规画尽量小的圆把小球所有的落点都圈在里面，其圆心即为小球落点的平均位置。
（6）入射球的位置应当适当高些，这样入射速度大，碰撞时内力够大。
如图装置做“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)
(1)图中x应是B球初始位置到____________的水平距离；
利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验
(2)为了验证动量守恒，应测量的物理量有_______________________.
mA、mB、α、β、H、L、x
(3)用测得的物理量表示(vA为A球与B球刚要相碰前A球的速度，vA′为A球与B球刚相碰后A球的速度，vB′为A球与B球刚相碰后B球的速度)：
mAvA＝__________________；mAvA′＝__________________；mBvB′＝__________.
（2）数据测量：由m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'知，需测质量和速度
（1）实验思路： 利用一维内力远大于外力碰撞的方式，验证动量守恒
例1、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
(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多次从斜轨上Q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Q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________．(填选项前的符号)A.用天平测量两个小球的质量m1、m2B.测量小球m1开始释放的高度hC.测量抛出点距地面的高度HD.分别找到小球m1、小球m2相碰后平均落地点的位置M、NE.测量平抛射程OM、ON
m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，
由表达式知，在OP已知时，需测量m1、m2、OM和ON，故必要步骤为A、D、E.
例2、某同学用如图甲所示装置来验证动量守恒定律，实验时先让小球a从斜槽轨道上某固定点处由静止开始滚下，在水平地面上的记录纸上留下痕迹，重复10次；然后再把小球b静置在斜槽轨道末端，让小球a仍从原固定点由静止开始滚下，和小球b相碰后，两球分别落在记录纸的不同位置处，重复10次．回答下列问题：
(1)在安装实验器材时斜槽的末端应________．(2)小球a、b质量ma、mb的大小关系应满足ma________mb，两球的半径应满足ra________rb.(均选填“＞”“＜”或“＝”)
为防止在碰撞过程中入射小球被反弹，入射小球a的质量ma应该大于被碰小球b的质量mb.为保证两个小球的碰撞是对心碰撞，两个小球的半径应相等．
(4)在本实验中，验证动量守恒的式子是下列选项中的________．A．ma·OC＝ma·OA＋mb·OBB．ma·OB＝ma·OA＋mb·OCC．ma·OA＝ma·OB＋mb·OC
(3)本实验中小球平均落地点的位置距O点的距离如图乙所示，小球a、b碰后的平均落地点依次是图乙中的________点和________点．
C．将粘有橡皮泥的滑块2放置在两光电门A，B之间，装有撞针的滑块1放在光电门A的右侧，瞬间将滑块1推向滑块2，记下安装在滑块1上的遮光片通过光电门A的遮光时间∆t1；D．两滑块相碰后，撞针插入橡皮泥中，使两个滑块连成一体运动，记下遮光片通过光电门B的遮光时间∆t2；E．只改变滑块的质量，重复上述实验步骤。
1．某同学用如图所示的实验装置验证动量守恒定律，所用器材包括：气垫导轨、滑块1（上方安装有宽度为d=5.5mm的遮光片，左侧有撞针）、滑块2（右侧粘有橡皮泥）、两个与计算机相连接的光电门、天平等。安装好器材后进行如下操作：A．将两个光电门A、B隔开一段适当距离固定在导轨上，调节气垫导轨使其水平；B．用天平测出滑块1（含遮光片、撞针）的质量，滑块2（含橡皮泥）的质量；
（1）某次实验中得到的一组数据为m1=0.210kg，m2=0.400kg，∆t1=2.750×10-3s，∆t2=8.090×10-3s，计算可得碰撞前两滑块的总动量 p1=________kg·m/s，碰撞后两滑块的总动量 p2=________kg·m/s。（结果均保留两位有效数字）（2）由以上实验数据可以得到的结论是 ，引起误差的原因为 （写出一条原因即可）。
在误差允许的范围内滑块1、滑块2在碰撞前后动量守恒
气垫导轨没有调水平、空气阻力的影响
宽度为d=5.5mm的遮光片
2．在“探究碰撞中的不变量”实验中，通过碰撞后做平抛运动测量速度的方法来进行实验，实验装置如图甲所示，实验原理如图乙所示。
（1）实验室有如下A、B、C三个小球，则入射小球应该选取_______进行实验（填字母代号）；A． B． C．
[1]为了保证入射小球碰撞后不反弹，入射球的质量要大于被碰球的质量，为了使两球发生对心碰撞，则要求两球的半径相同，故入射球选择直径为d1、质量为m1的小球，被碰球选择直径为d1、质量为m2的小球。
（2）关于本实验，下列说法正确的是_______（填字母代号）；A．斜槽必须足够光滑且安装时末端必须保持水平B．小球每次都必须从斜槽上的同一位置静止释放C．必须测量出斜槽末端到水平地面的高度D．实验中需要用到秒表测量小球空中飞行的时间
[2]A．小球每次从斜槽的同一位置滚下，不需要斜面光滑，且为使小球做平抛运动，斜槽的末端需调成水平；B．为了让小球每次平抛的速度相等，实验中需要让小球每次都必须从斜槽上的同一位置静止释放CD．两个小球下落时间相同，可以用位移代替初速度，故不需要求出时间，所以不需要测量高度，CD错误；
1.系统动量守恒的条件是什么？
(1)系统不受外力；(理想条件)
(2)系统受到外力，但外力的合力为零；(实际条件)
(3)系统所受外力合力不为零，但系统内力远大于外力，外力相对来说可以忽略不计，因而系统动量近似守恒；(近似条件）
(4)系统总的来看虽不符合以上三条中的任何一条，但在某一方向上符合以上三条中的某一条，则系统在这一方向上动量守恒.(单向条件)
2.系统满足动量守恒定律的公式是什么？
(1)m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'
(2)m1∆v1= -m2∆v2
上一节课我们分别通过动量定理和牛顿运动定律两个不同的角度，理论上证明了动量守恒定律，那么我们如何通过实验来加以验证呢？
1.生活中的这些实例，物体或人所受合外力是否为零？
2.我们是否可以对物体或人组成的系统应用动量守恒定律？
碰撞过程——尽管生活中碰撞的物体所受合外力不能为零，但在这一过程中往往内力远大于外力，我们可以近似认为碰撞满足动量守恒定律的条件。
1.生活中什么样的过程可以尽可能的满足动量守恒的条件？
2.实验室中，我们为了实验验证的方便应该设计怎样的碰撞？
一维碰撞——碰撞前后两物体沿同一直线运动，便于数据收集和分析。
1.根据动量守恒定律的表达式：m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'，实验中我们需要测量哪些物理量？
（1）测量物体的质量：m1和m2
（2）测量物体碰撞前后的速度：v1、v2、v1'、v2'
2.如何测两个物体的质量？
物体质量可用天平直接测量
3.如何测量物体碰撞前后的速度？根据你所学以往知识能说出几种？
（1）利用打点计时器测速
（3）利用机械能守恒定律测速
（4）利用平抛运动测速
三、实验方案及数据分析
你是否可以从以上器材中选择其中的一些，设计除符合要求的实验方案来？
1.实验器材：气垫导轨、光电门、天平、两个滑块（带遮光板）、砝码、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、撞针、橡皮泥。
2.实验中需要测量的物理量:
(1)质量的测量：用天平测量滑块的质量。
（1）选取两个质量不同的滑块，在两个滑块相互碰撞的端面装上弹性碰撞架滑块碰撞后随即分开
（2）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，使两个滑块连成一体运动。如果在两个滑块的碰撞端分别贴上尼龙拉扣，碰撞时它们也会连成一体。
（3）原来连在一起的物体由于有相互斥力而分开，这也是一种碰撞，例如在两个滑块间放置轻质弹簧，挤压两个滑块使弹簧压缩，并用一根细线将两个滑块固定。烧断细线，弹簧弹开后落下，两个滑块由静止向相反方向运动。
(1)用天平测出两滑块的质量，用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，直到调至导轨水平。
(3)使两滑块依次按照以上三种方式，记录挡光时间，计算滑块碰撞前后的速度。
(4)数据处理，实验验证滑块碰撞前后动量守恒。
(1)气垫导轨的作用是什么？步骤第二步为什么调至导轨水平？你能想出哪些方法？
(2)如果物体碰撞后的速度方向与原来的方向相反，应该怎样记录？
6.收集数据，填入表格：
在实验误差允许范围内，两滑块组成的系统动量守恒。
1.实验器材： 斜槽、同体积的钢球两个、重垂线、白纸、复写纸、天平、刻度尺、圆规。
(1)质量的测量：用天平测量测小球的质量。
思考与讨论：为什么可以不测小球速度的具体数值，也可验证动量守恒定律？
(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)。
(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。
(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。
(6)连接ON,测量线段OP、OM、ON的长度。将测量数据填入表中。
5.收集数据处理，实验验证结论：
碰撞前两小球的动量之和等于碰撞后两小球的动量之和。
(7)白纸铺好后不能移动
（1）斜槽未端的切线要水平，以保证小球作平抛运动
（2）入射小球的质量m1大于被碰小球的质量m2(m1>m2).
（3）入射小球半径等于被碰小球半径
（4）入射小球每次必须从斜槽上同一高度处由静止滚下
（5）让入射小球从同一高度由静止多次滚下，进行多次实验，然后用圆规画尽量小的圆把小球所有的落点都圈在里面，其圆心即为小球落点的平均位置。
（6）入射球的位置应当适当高些，这样入射速度大，碰撞时内力够大。
如图装置做“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)
(1)图中x应是B球初始位置到____________的水平距离；
利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验
(2)为了验证动量守恒，应测量的物理量有_______________________.
mA、mB、α、β、H、L、x
(3)用测得的物理量表示(vA为A球与B球刚要相碰前A球的速度，vA′为A球与B球刚相碰后A球的速度，vB′为A球与B球刚相碰后B球的速度)：
mAvA＝__________________；mAvA′＝__________________；mBvB′＝__________.
（2）数据测量：由m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'知，需测质量和速度
（1）实验思路： 利用一维内力远大于外力碰撞的方式，验证动量守恒
例1、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
(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多次从斜轨上Q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Q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________．(填选项前的符号)A.用天平测量两个小球的质量m1、m2B.测量小球m1开始释放的高度hC.测量抛出点距地面的高度HD.分别找到小球m1、小球m2相碰后平均落地点的位置M、NE.测量平抛射程OM、ON
m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，
由表达式知，在OP已知时，需测量m1、m2、OM和ON，故必要步骤为A、D、E.
例2、某同学用如图甲所示装置来验证动量守恒定律，实验时先让小球a从斜槽轨道上某固定点处由静止开始滚下，在水平地面上的记录纸上留下痕迹，重复10次；然后再把小球b静置在斜槽轨道末端，让小球a仍从原固定点由静止开始滚下，和小球b相碰后，两球分别落在记录纸的不同位置处，重复10次．回答下列问题：
(1)在安装实验器材时斜槽的末端应________．(2)小球a、b质量ma、mb的大小关系应满足ma________mb，两球的半径应满足ra________rb.(均选填“＞”“＜”或“＝”)
为防止在碰撞过程中入射小球被反弹，入射小球a的质量ma应该大于被碰小球b的质量mb.为保证两个小球的碰撞是对心碰撞，两个小球的半径应相等．
(4)在本实验中，验证动量守恒的式子是下列选项中的________．A．ma·OC＝ma·OA＋mb·OBB．ma·OB＝ma·OA＋mb·OCC．ma·OA＝ma·OB＋mb·OC
(3)本实验中小球平均落地点的位置距O点的距离如图乙所示，小球a、b碰后的平均落地点依次是图乙中的________点和________点．
C．将粘有橡皮泥的滑块2放置在两光电门A，B之间，装有撞针的滑块1放在光电门A的右侧，瞬间将滑块1推向滑块2，记下安装在滑块1上的遮光片通过光电门A的遮光时间∆t1；D．两滑块相碰后，撞针插入橡皮泥中，使两个滑块连成一体运动，记下遮光片通过光电门B的遮光时间∆t2；E．只改变滑块的质量，重复上述实验步骤。
1．某同学用如图所示的实验装置验证动量守恒定律，所用器材包括：气垫导轨、滑块1（上方安装有宽度为d=5.5mm的遮光片，左侧有撞针）、滑块2（右侧粘有橡皮泥）、两个与计算机相连接的光电门、天平等。安装好器材后进行如下操作：A．将两个光电门A、B隔开一段适当距离固定在导轨上，调节气垫导轨使其水平；B．用天平测出滑块1（含遮光片、撞针）的质量，滑块2（含橡皮泥）的质量；
（1）某次实验中得到的一组数据为m1=0.210kg，m2=0.400kg，∆t1=2.750×10-3s，∆t2=8.090×10-3s，计算可得碰撞前两滑块的总动量 p1=________kg·m/s，碰撞后两滑块的总动量 p2=________kg·m/s。（结果均保留两位有效数字）（2）由以上实验数据可以得到的结论是 ，引起误差的原因为 （写出一条原因即可）。
在误差允许的范围内滑块1、滑块2在碰撞前后动量守恒
气垫导轨没有调水平、空气阻力的影响
宽度为d=5.5mm的遮光片
2．在“探究碰撞中的不变量”实验中，通过碰撞后做平抛运动测量速度的方法来进行实验，实验装置如图甲所示，实验原理如图乙所示。
（1）实验室有如下A、B、C三个小球，则入射小球应该选取_______进行实验（填字母代号）；A． B． C．
[1]为了保证入射小球碰撞后不反弹，入射球的质量要大于被碰球的质量，为了使两球发生对心碰撞，则要求两球的半径相同，故入射球选择直径为d1、质量为m1的小球，被碰球选择直径为d1、质量为m2的小球。
（2）关于本实验，下列说法正确的是_______（填字母代号）；A．斜槽必须足够光滑且安装时末端必须保持水平B．小球每次都必须从斜槽上的同一位置静止释放C．必须测量出斜槽末端到水平地面的高度D．实验中需要用到秒表测量小球空中飞行的时间
[2]A．小球每次从斜槽的同一位置滚下，不需要斜面光滑，且为使小球做平抛运动，斜槽的末端需调成水平；B．为了让小球每次平抛的速度相等，实验中需要让小球每次都必须从斜槽上的同一位置静止释放CD．两个小球下落时间相同，可以用位移代替初速度，故不需要求出时间，所以不需要测量高度，CD错误；
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