高中物理教科版 (2019)选择性必修 第一册第一章 动量与动量守恒定律4 实验：验证动量守恒定律教学演示课件ppt

这是一份高中物理教科版 (2019)选择性必修 第一册第一章 动量与动量守恒定律4 实验：验证动量守恒定律教学演示课件ppt，共41页。PPT课件主要包含了目录索引等内容，欢迎下载使用。

1.通过分析教材提供的实验方案,学习设计实验的方法。(科学探究)2.能够通过正确使用实验装置来获得数据,从而验证动量守恒定律。(科学探究)3.通过实验培养实事求是的科学态度。(科学态度与责任)
基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
学以致用·随堂检测全达标
一、实验操作(1)取两个大小相同的小球,测出它们的质量m1、m2。(2)按图甲所示安装好实验装置并使斜槽末端　　　　　。 甲(3)在地上铺一张白纸,在白纸上铺放复写纸。
(4)在白纸上记下重垂线所指的位置O(如图乙所示),它表示两小球做　　　　运动的初始位置的水平投影。 
(5)先不放被碰小球,让入射小球从斜槽上某一高度处静止滚下,重复10次,用圆规画一个尽可能小的圆,把所有的小球落点圈在里面,　　　　就是入射小球发生直接平抛的落地点P(如图丙所示)。 丙(6)把被碰小球放在斜槽的末端,让入射小球从　　　高度由静止滚下,使它们发生正碰,重复10次,仿照上一步骤得到入射小球落地点的平均位置M和被碰小球落地点的平均位置N(如图丙所示)。 
(7)过O和N在纸上作一直线。(8)用刻度尺量出线段OM、OP、ON的长度。(9)把两小球的质量和相应的数值代入　　　　　　　　　　　　,看看是否成立。 
m1·OP=m1·OM+m2·ON
二、实验分析1.系统误差(1)碰撞不是一维碰撞,是产生误差的一个原因。设计实验方案时应保证碰撞为一维碰撞。(2)碰撞中受其他力(例如摩擦力)的影响是带来误差的又一个原因。实验中要合理控制实验条件,避免除碰撞时相互作用力外的其他力影响物体速度。2.偶然误差测量和读数的准确性带来的误差。实验中应规范测量和读数,同时增加测量次数,取平均值,尽量减少偶然误差的影响。
三、注意事项(1)斜槽末端的切线必须水平; 保证小球做平抛运动(2)入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放;(3)选质量较大的小球作为入射小球;　 确保入射小球不会反弹(4)实验过程中实验桌、斜槽、记录的白纸的位置要始终保持不变。易错辨析(1)用斜槽滚球验证动量守恒的实验可以不用测量小球的质量。(　　)(2)用斜槽滚球验证动量守恒的实验中的研究对象是相互碰撞的两个物体组成的系统。(　　)(3)用斜槽滚球验证动量守恒的实验中,入射小球的质量可以比被碰小球的质量小。(　　)
探究点一　实验原理与操作、数据处理
【例1】 某同学用如图所示的装置做验证动量守恒定律实验。先让M球从斜槽轨道上某固定点由静止开始滚下,在水平地面上的记录纸上留下压痕,重复10次;再把同样大小的N球放在斜槽轨道水平段的最右端静止,让M球仍从原固定点由静止开始滚下,和N球相碰后两球分别落在记录纸的不同位置处,重复10次。最终A、B、C确定为三个落点的平均位置,已知两小球的质量mM>mN。
(1)本实验必须测量的物理量有以下各项中的　　　　。(填选项前的编号)A.斜槽轨道末端到水平地面的高度HB.M、N两球的质量C.M、N两球在离开斜槽轨道末端后平抛飞行的时间D.记录纸上O点到A、B、C各点的距离OA、OB、OCE.M球的固定释放点到斜槽轨道水平部分间的高度差h(2)按照本实验方法,验证动量守恒定律的表达式是　　　　　　　　　　。(用题中所给物理量的符号表示) (3)实验测得,OA=15.7 cm,OB=25.2 cm,OC=40.6 cm,已知本实验中的数据验证了动量守恒定律,则M、N两球的质量mM与mN之比 =　　　　　。(计算结果保留2位有效数字) 
答案 (1)BD(2)mM·OB=mM·OA+mN·OC(3)4.3
得mM·OB=mM·OA+mN·OC,因此斜槽轨道末端到水平地面的高度H、飞行时间不需要测量,M、N两球的质量需要测量,OA、OB、OC的距离需要测量,A、C错误,B、D正确;因为每次M球都是从固定释放点释放,因此不需要测量固定释放点到斜槽轨道水平部分间的高度差h,E错误。
对点演练1用如图所示的“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律,即研究两个体积相同的小球在水平部分碰撞前后的动量关系。
(1)实验中,直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的,但是我们仅用一把刻度尺就能够间接地解决这个问题,那么需要测量的物理量是　　　　。(填选项前的编号) 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x
(2)图中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影,实验时,先让入射小球(质量为m1)多次从倾斜轨道上S点由静止释放,找到其平均落地点的位置P,测量射程x1;然后把被碰小球(质量为m2)静置于轨道的水平部分最右端,再将入射小球从S点由静止释放,与被碰小球相碰,并重复多次,得到入射小球和被碰小球的平均落点分别为M、N,测得入射小球和被碰小球的射程分别为x2、x3。两小球质量满足的关系应为m1　　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)m2。 (3)若实验结果为　　　　　　　　　　[用(2)中测量的物理量表示],则可以验证两小球碰撞前后系统动量守恒。 
答案 (1)C(2)大于(3)m1x1=m1x2+m2x3解析 (1)小球从同一位置平抛,其落地时间相等,只需要测出小球在水平方向运动的距离,即平抛运动的射程来表示碰撞前的速度即可。故选C。(2)实验中为了防止入射小球被弹回,入射小球的质量必须大于被碰小球的质量,即m1大于m2。
探究点二　实验的改进与创新
【例2】 如图所示,在水平桌面的左端固定一个圆弧槽滑道,滑道的末端与水平桌面相切。桌面的右端附近固定一个光电门。直径为d、质量为m1的小球1从圆弧槽上某处由静止释放,下滑到水平桌面向右运动通过光电门后与静止在桌面右边缘的质量为m2的小球2发生正碰,碰后小球1向左弹回,小球2离开桌面做平抛运动。测出小球1连续两次通过光电门的时间分别为t1、t2(光电门与球心等高),桌面离水平地面高度为h,小球2碰后做平抛运动的水平距离为x,重力加速度为g。
(1)若两小球的碰撞为弹性碰撞,则两小球的质量大小关系应满足m2　　　　(选填“<”“>”或“=”)m1。 (2)改变小球1在圆弧槽上静止释放的位置,重复实验,实验中测出多组t1、t2与x的数据。若要验证两小球在碰撞过程中动量守恒,则需要满足的关系式为　　　　　　　　　。(用题中所给物理量的符号表示) 
解析 (1)设小球1碰撞前后的速度分别为v1、v1',小球2碰撞后的速度为v2',取水平向右为正方向,两小球碰撞为正碰撞且无能量损失,碰撞前后的动量
对点演练2如图甲所示,冲击摆是一个用细线悬挂着的摆块,弹丸击中摆块时陷入摆块内,使摆块摆至某一高度。利用这种装置可以测出弹丸的发射速度。
实验步骤如下:①用天平测出弹丸的质量m和摆块的质量M;②将实验装置水平放在桌子上,调节摆绳的长度,使弹丸恰好能射入摆块内,并使摆块摆动平稳,同时用刻度尺测出摆长;③让摆块静止在平衡位置,扳动弹簧枪的扳机,把弹丸射入摆块内,摆块和弹丸推动指针一起摆动,记下指针的最大偏角;④多次重复步骤③,计算指针最大偏角的平均值;
⑤换不同挡位测量,并将结果填入下表。
完成下列填空:(1)现测得高速挡指针平均最大偏角如图乙所示,请将表中数据补充完整:θ=　　　　。 (2)用上述测得的物理量符号表示发射弹丸的速度v=　　　　。(已知重力加速度为g) (3)为减小实验误差,每次实验前,并不是将指针置于竖直方向的零刻度处,而是需要试射并记下各挡对应的最大指针偏角。每次正式射击前,应预置指针,使其偏角略小于该挡的最大偏角。请写出这样做的一个理由:  　。 
解析 (1)分度值为1°,故读数为22.5(22.3~22.7均正确)。(2)弹丸射入摆块内,系统动量守恒,有mv=(m+M)v'摆块向上摆动,由机械能守恒定律有
(3)较大的速度碰撞指针,会损失较多的机械能(其他理由,如摆块在推动指针偏转时要克服摩擦力做功、指针摆动较长的距离损失的机械能较多等,只要合理即可)。
1.某同学用如图甲所示的装置,通过半径相同的两球碰撞来验证动量守恒定律,图甲中AB是斜槽,BC是水平槽,斜槽与水平槽之间平滑连接。
实验时先使小球1从斜槽上某一固定位置由静止开始滚下,落到位于水平地面的记录纸上,留下痕迹,重复上述操作多次;再把小球2放在水平槽末端的位置,小球1仍从原位置由静止开始滚下,与小球2碰撞后,两小球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹,重复上述操作多次。在记录纸上确定M、N、P为三个落点的平均位置。实验中测出小球1的质量为m1,小球2的质量为m2,M、N、P三点到O点的距离分别为OM、ON、OP,其中O点为水平槽末端在记录纸上的竖直投影点。
(1)本实验必须满足的条件是　　　　;(填选项前的编号) A.两小球质量必须相等B.斜槽轨道必须是光滑的C.轨道末端必须是水平的(2)某次实验中P点位置的多次落点痕迹如图乙所示,刻度尺的零点与O点对齐,则OP=　　　　 cm; (3)若实验结果满足　　　　　　　　　,就可以验证碰撞过程中动量守恒;(用题中所给的物理量符号表示) (4)实验中通过测量小球做平抛运动的　　　　　　　(选填“水平位移”或“竖直位移”),可间接得到小球碰撞前后的速度关系,这样做的依据是　 　。
答案 (1)C(2)44.79(44.76~44.82范围内均可)(3)m1·ON=m1·OM+m2·OP(4)水平位移　小球下落高度相同,做平抛运动的时间相同,碰撞前后的速度正比于水平位移解析 (1)为了使小球1碰撞后不反弹,且速度不变为零,应满足m1>m2,故A不符合题意;实验中要求小球1每次运动至斜槽末端时的速度大小相同,所以需要每次将小球1从斜槽轨道上同一位置由静止开始滚下,而斜槽轨道是否光滑对上述要求无影响,故B不符合题意;为了使两小球离开斜槽轨道末端后能够做平抛运动,轨道末端必须是水平的,故C符合题意。故选C。
(2)如图所示,作一尽可能小的圆将所有落点痕迹围住,圆心所在位置即为落点的平均位置,所以OP=44.79 cm。
(3)(4)设小球1与小球2碰撞前瞬间的速度为v1,碰后瞬间二者的速度分别为v1'和v2',根据动量守恒定律和机械能守恒定律有m1v1=m1v1'+m2v2'
可知N是未放小球2时小球1落点的平均位置,M、P分别是小球1和小球2碰撞后二者各自落点的平均位置。因为小球下落高度相同,做平抛运动的时间相同,则碰撞前后的速度正比于水平位移,所以实验中通过仅测量小球做平抛运动的水平位移可间接得到小球碰撞前后的速度关系,即
2.若通过实验已验证碰撞前、后系统的动量守恒,某同学再进行以下实验。某次实验时B滑块静止,A滑块匀速向B滑块运动并发生碰撞,利用频闪照相的方法连续4次拍摄得到的闪光照片如图所示。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0~80 cm范围内,且第1次闪光时,滑块A恰好位于x=10 cm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A、B两滑块的质量比mA∶mB=　　　　。