高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册4 实验：验证动量守恒定律多媒体教学ppt课件

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册4 实验：验证动量守恒定律多媒体教学ppt课件，共35页。PPT课件主要包含了实验热点•探究突破，随堂训练，实验探究•方案梳理等内容，欢迎下载使用。

实验目的1.明确验证动量守恒定律的实验思路。2.掌握同一条直线上运动的两个物体碰撞前后的速度的测量方法。3.掌握实验操作步骤和所需的实验仪器的性能。4.知道实验注意事项,会进行误差分析,并在实验中尽量减小误差。
实验原理在一维碰撞中,与物体运动有关的物理量只有物体的质量和物体的速度,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'。如果速度方向与规定的正方向一致,则速度取正值,否则取负值。依据动量守恒定律,则有公式m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'成立。
方案1 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、数字计时器、天平、滑块(两个)、重物、轻质弹簧、细线、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等。
实验步骤1.测质量:用天平测出滑块质量。2.安装:正确安装好气垫导轨。3.实验:接通电源,利用配套的数字计时器测出两滑块各种情况下碰撞前后的速度(①改变滑块的质量。②改变滑块的初速度大小和方向)。4.验证:一维碰撞中的动量守恒。数据处理验证的表达式:m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'。
方案2 研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
实验器材斜槽、铁架台、小球(两个)、天平、复写纸、白纸、铅垂线等。
实验步骤1.测质量:用天平测出两小球的质量,并选定质量大的小球为入射小球。2.安装:按照图甲所示安装实验装置。调整固定斜槽使斜槽底端水平。3.铺纸:白纸在下,复写纸在上且在适当位置铺放好。记下铅垂线所指的位置O。4.放球找点:不放被撞小球,每次让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下,重复10次。用圆规画尽量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.碰撞找点:把被撞小球放在斜槽末端,每次让入射小球从斜槽同一高度自由滚下,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和被撞小球落点的平均位置N,如图所示。
6.验证:连接ON,测量线段OP、OM、ON的长度。将测量数据填入表中。最后代入m1·lOP=m1·lOM+m2·lON,看在误差允许的范围内是否成立。7.结束:整理好实验器材放回原处。
数据处理验证的表达式:m1·lOP=m1·lOM+m2·lON。误差分析1.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)实验是否满足动量守恒的条件,如气垫导轨是否水平,两球是否等大,用长木板实验时是否平衡掉摩擦力。2.偶然误差:主要来源于质量m和速度v的测量。
注意事项1.前提条件:碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”。2.方案提醒。(1)若利用气垫导轨进行验证,调整气垫导轨时,应注意利用水平仪确保导轨水平。(2)若利用平抛运动规律进行验证,安装实验装置时,应注意调整斜槽,使斜槽末端水平,且选质量较大的小球为入射小球。
热点1 实验原理与操作
典例剖析某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞中的不变量的实验:在小车A的前端粘有橡皮泥,在小车A后连着纸带,推动小车A使之做匀速运动,然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体,继续做匀速运动,他设计的具体装置如图甲所示。
(1)长木板右端下面垫放一小木块的目的是___________。 (2)若已获得的打点纸带如图乙所示,A为运动的起点,各计数点间距分别记为lAB、lBC、lCD和lDE,用天平测得A、B两车的质量分别为mA、mB,则需验证的表达式为___________ 。 
答案:(1)平衡摩擦力　(2)mA·lBC=(mA+mB)·lDE
解析:(1)长木板右端下面垫放一小木块,目的是平衡摩擦力,使小车拖着纸带在木板上能做匀速运动。(2)从题图中可以看出,B到C的时间等于D到E的时间,所以mA·lBC=(mA+mB)·lDE。
易错警示利用轨道完成水平碰撞中的动量守恒定律时,若利用气垫导轨,因其和滑块之间有气垫,摩擦力几乎为零,所以不需要平衡摩擦力,只要把轨道调整水平即可;若利用长木板和两小车相碰进行验证,要注意平衡摩擦力。
学以致用下图为验证动量守恒定律的实验装置,气垫导轨置于水平桌面上,G1和G2为两个光电门,A、B均为弹性滑块,质量分别为mA、mB,且mA大于mB,两遮光片沿运动方向的宽度均为d,实验过程如下:
①调节气垫导轨成水平状态;②轻推滑块A,测得A通过光电门G1的遮光时间为t1;③A与B相碰后,B和A先后经过光电门G2的遮光时间分别为t2和t3。
回答下列问题。(1)实验中选择mA大于mB的目的是　　　　　　　　　。 (2)利用所测物理量的符号表示动量守恒定律成立的式子为　　　　　　　　　　。 
答案:(1)保证碰撞中滑块A不反弹
热点2 数据处理与误差分析
典例剖析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G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。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　　　　(选填“>”“<”或“=”)m2。 (3)某次实验中,得出小球的落点情况如图乙所示(单位:cm),H、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=　　　　。 答案:(1)水平　(2)>　(3)4∶1
解析:(1)斜槽末端的切线要沿水平方向,才能保证两个小球离开斜槽后做平抛运动。(2)为防止碰撞后入射球反弹,入射球的质量应大于被碰球的质量,即m1>m2。(3)根据实验原理可得m1v0=m1v1+m2v2由题图乙可知lOM=15.5 cm、lOH=25.5 cm、lON=40.0 cm,又因下落时间相同,即可求得m1lOH=m1lOM+m2lON代入数据可得m1∶m2=4∶1。
特别提醒利用平抛运动规律验证动量守恒定律必须满足以下条件。 1.轨道末端的切线必须是水平的。 2.入射球每次必须从同一高度滚下。 3.入射球的质量必须大于被碰球的质量。 4.入射球和被碰球的大小必须一致,以保证它们在水平轨道上对心碰撞。
学以致用某同学设计了如图甲所示的装置,通过半径相同的A、B两球的碰撞来研究碰撞过程中的动量守恒,图中PQ是斜槽,QR为水平槽,A球的质量大于B球的质量,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,落在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,再把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。图中O点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点,B球落点痕迹如图乙所示,其中米尺
水平放置,且平行于G、R、O所在的平面,米尺的零点与O点对齐。
(1)碰撞后B球的水平射程是　　　　 cm。 (2)在以下的选项中,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B.A球与B球碰撞后,A球落点位置到O点的距离C.A、B两球的质量D.G点相对于水平槽面的高度答案:(1)64.5(64.2~64.8均可)　(2)ABC
解析:(1)由于偶然因素的存在,重复操作时小球的落点不可能完全重合,处理的办法是用一个尽可能小的圆将“所有落点位置”包括在内(其中误差较大的位置可略去),此圆的圆心即可看作小球落点的平均位置,碰撞后B球的水平射程等于圆心到O点的距离,由题图乙可得此射程约为64.5 cm。(2)由于A、B离开水平槽末端后均做平抛运动,平抛高度相同,运动时间相等,因此可以用平抛运动的水平位移表示小球做平抛运动的初速度,没有必要测量G点相对于水平槽面的高度,故选项A、B均正确,D错误;要验证碰撞前后的动量守恒,必须测量A、B两球的质量,选项C正确。
1.(多选)若用打点计时器做验证动量守恒定律的实验,下列操作正确的是(　　)A.相互作用的两车上,一个装上撞针,一个装上橡皮泥,是为了改变两车的质量B.相互作用的两车上,一个装上撞针,一个装上橡皮泥,是为了碰撞后两车粘在一起C.先接通打点计时器的电源,再释放拖动纸带的小车D.先释放拖动纸带的小车,再接通打点计时器的电源答案:BC
解析:相互作用的两车上,一个装上撞针,一个装上橡皮泥,是为了碰撞后两车能粘在一起共同运动,选项A错误,B正确;应当先接通打点计时器的电源,再释放拖动纸带的小车,否则因运动距离较短,小车释放以后再打开电源不容易得到实验数据,选项C正确,D错误。
2.验证动量守恒定律的实验装置如图所示,回答下列问题。
(1)每次小球下滑要从　　　　　(选填“相同位置”或“不同位置”)处由静止释放。 (2)实验装置中应保持斜槽末端　　　　　。 (3)入射小球的质量mA和被碰小球的质量mB的大小关系是　　　　　　。 (4)在图中,若已测得mA、mB、lOP、lOM、lON,小球半径均为r,因此只需验证　　　　　　　　　　便可达到实验目的。 
答案:(1)相同位置(2)切线水平(3)mA>mB(4)mAlOP=mAlOM+mB(lON-2r)