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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：验证动量守恒定律多媒体教学课件ppt
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这是一份教科版 (2019)选择性必修 第一册第一章 动量与动量守恒定律4 实验：验证动量守恒定律多媒体教学课件ppt，共40页。PPT课件主要包含了内容索引，实验探究新知导学，典例精讲释疑解惑，随堂练习，课标定位，素养阐释，实验创新思路等内容，欢迎下载使用。
1.掌握应用平抛运动验证动量守恒定律。2.掌握验证动量守恒定律的实验方法。3.学会实验数据处理的方法。
1.在探究碰撞过程的守恒量基础上掌握验证动量守恒定律的各种方法,开拓思维,培养实验探究能力。2.掌握各种实验方案中实验操作与实验数据处理方法,培养实验数据处理能力。
一、实验目的1.掌握应用研究平抛运动的实验验证动量守恒定律。2.掌握验证动量守恒定律的其他实验方法。3.能正确进行实验数据处理。
二、实验原理下图为验证碰撞中的动量守恒的实验装置。设入射小球质量为m1,被碰小球质量为m2,碰撞前m1的速度为v1,m2静止,碰撞后m1的速度为v1',m2的速度为v2'。
1.若碰撞动量守恒,则应满足: m1v1=m1v1'+m2v2' 。2.该实验入射小球和被碰小球质量必须满足m1>m2。3.该实验需要测量的数据有m1、m2、OM、ON、OP。
4.根据测量数据,验证动量守恒的关系式是m1·OP=m1·OM+m2·ON。
三、实验仪器斜槽、两个大小相同但质量不同的小球、天平、刻度尺、白纸、复写纸、圆规等。四、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(a)所示安装好实验装置并使斜槽末端水平。3.在地面上铺一张白纸,在白纸上铺放一张复写纸。4.在白纸上记下重垂线所指的位置O[如图(b)],它表示两小球做平抛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以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,圆心就是入射小球平抛的落地点P。6.把被碰小球放到斜槽末端,让入射小球从同一高度由静止滚下,使它们发生正碰,重复10次,仿照上一步骤求出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。
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m1·OP=m1·OM+m2·ON,看看是否成立。
五、其他验证方案方案一:利用气垫导轨完成一维碰撞实验(如图所示)
方案二:利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验(如图所示)
方案三:在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验(如图所示)
六、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等。2.偶然误差:主要来源于质量m和速度v的测量。
七、注意事项1.碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”。2.若利用气垫导轨进行实验,调整气垫导轨时,注意利用水平仪确保导轨水平。3.若利用摆球进行实验,两小球静放时球心应在同一水平线上,且刚好接触,摆线竖直,将小球拉起后,两条摆线应在同一竖直平面内。4.若利用长木板进行实验,可在长木板下垫一个小木片以平衡摩擦力。5.若利用斜槽进行实验,入射小球质量m1要大于被碰小球质量m2,即m1>m2,防止碰后m1被反弹,且两球半径r1=r2=r。
【例题1】 在实验室里为了验证动量守恒定律,一般采用如图(a)、(b)两种装置。
(1)若入射小球质量为m1,半径为r1;被碰小球质量为m2,半径为r2,则 。 A.m1>m2 r1>r2B.m1>m2 r1m2 r1=r2D.m1
解析:(1)为了保证碰撞前后入射小球的速度方向不变,故必须使入射小球的质量大于被碰小球的质量。为了使两球发生正碰,两小球的半径相同,选项C正确。
间t相等,验证碰撞中的动量守恒,需要验证m1v1=m1v1'+m2v2,两边同乘以t可得m1v1t=m1v1't+m2v2t,则有m1x1=m1x1'+m2x2,由题图(a)可知,需要验证m1·OP=m1·OM+m2·O'N,因此实验需要测量的量有:①入射小球的质量,②被碰小球的质量,③入射小球碰前平抛的水平位移,④入射小球碰后平抛的水平位移,⑤被碰小球碰后平抛的水平位移。实验需要刻度尺与天平。
验证动量守恒注意的问题应用平抛运动验证动量守恒定律实验中,因为做平抛运动的物体运动时间相等,因此由关系式m1v1=m1v1'+m2v2,两边同乘以t可得m1v1t=m1v1't+m2v2t,则有m1x1=m1x1'+m2x2,故本实验中只需将位移关系代入公式,不需计算速度关系。
【例题2】 某同学用如图(a)所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来“探究碰撞过程中的不变量”,图中PQ是斜槽,QR为水平槽,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。
(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)某次实验中,得出小球落点情况如图(b)所示(单位是cm),P'、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),若入射小球和被碰小球质量之比为m1∶m2=4∶1。
则两球碰撞前的总动量为 (用m1表示),碰撞后的总动量为 (用m1表示)。 在实验误差允许的范围内两球碰撞过程中动量 。
答案:(1)水平(2)0.256m1 0.255m1 守恒
解析:(1)为保证小球滚落后做平抛运动,斜槽末端的切线要沿水平方向。(2)碰撞前有p=m1·OP'=0.256m1碰撞后有p'=m1·OM+m2·ON=0.155m1+0.4m2=0.255m1由以上计算可知,在实验误差允许的范围内,两球碰撞过程中动量守恒。
【例题3】 为了验证动量守恒定律(探究碰撞中的不变量),某同学选取了两个材质相同、体积不等的立方体滑块A和B,按下述步骤进行实验:步骤1:在A、B的相撞面分别装上尼龙拉扣,以便二者相撞以后能够立刻结为整体;步骤2:安装好实验装置如图(a),铝质轨道槽的左端是倾斜槽,右端是长直水平槽,倾斜槽和水平槽由一小段弧连接,轨道槽被固定在水平桌面上,在轨道槽的侧面与轨道等高且适当远处装一台数码频闪照相机;步骤3:让滑块B静置于水平槽的某处,滑块A从斜槽某处由静止释放,同时开始频闪拍摄,直到A、B停止运动,得到一幅多次曝光的数码照片;步骤4:多次重复步骤3,得到多幅照片,挑出其中最理想的一幅,打印出来,将刻度尺紧靠照片放置,如图(b)所示。
(1)由图分析可知,滑块A与滑块B碰撞发生的位置在 。 ①P5、P6之间②P6处③P6、P7之间(2)为了探究碰撞中动量是否守恒,需要直接测量或读取的物理量是 。 ①A、B两个滑块的质量m1和m2②滑块A释放时距桌面的高度③频闪照相的周期④照片尺寸和实际尺寸的比例
⑤照片上测得的s45、s56和s67、s78⑥照片上测得的s34、s45、s56和s67、s78、s89⑦滑块与桌面间的动摩擦因数写出验证动量守恒的表达式 。 (3)请你写出一条有利于提高实验准确度或改进实验原理的建议: 。
答案:(1)②(2)①⑥m1(2s56+s45-s34)=(m1+m2)(2s67+s78-s89)(3)见解析
解析:(1)由题图可知碰撞位置发生在P5、P6之间或P6处,又由于P6位置滑块速度明显减小,故A、B相撞的位置在P6处,故②正确。(2)设碰撞前滑块A在P4、P5、P6的速度分别为v4、v5、v6,碰撞后,整体在P6、P7、P8的速度分别为v6'、v7、v8,
m1v6=(m1+m2)v6',将以上两式代入整理得m1(2s56+s45-s34)=(m1+m2)(2s67+s78-s89),故需要直接测量的物理量是A、B两个滑块的质量m1和m2及照片上测得的s34、s45、s56和s67、s78、s89,故①⑥正确。
(3)提高实验准确度或改进实验原理的建议:①使用更平整的轨道槽,轨道要平整,防止各段摩擦力不同,滑块做非匀变速运动。②在足够成像的前提下,缩短频闪照相每次曝光的时间,使滑块碰撞位置拍摄更清晰、准确。③适当增大相机和轨道槽的距离,相机和轨道槽的距离较小时,由于镜头拍摄引起的距离误差增大,应适当增大相机和轨道槽的距离。
1.(验证动量守恒定律实验理解)在利用平抛运动做“验证动量守恒定律”实验中,安装斜槽轨道时,应让斜槽末端的切线保持水平,这样做的目的是( )A.入射球得到较大的速度B.入射球与被碰球对心碰撞后速度均为水平方向C.入射球与被碰球碰撞时动能无损失D.入射球与被碰球碰撞后均能从同一高度飞出答案:B解析:实验中小球能水平飞出是实验成功的关键,只有这样才能使两个小球在空中运动时间相等。
2.(验证动量守恒定律实验操作)(多选)在用打点计时器做“验证动量守恒定律”实验时,下列哪些操作是正确的( )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
3.(验证动量守恒定律实验原理)某同学用如图(a)所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来验证动量守恒定律。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,得到了如图(b)所示的三个落地点。
(1)请你叙述用什么方法找出落地点的平均位置? 。 并在图中读出OP= 。 (2)已知mA∶mB=2∶1,碰撞过程中动量守恒,则由图可以判断出R是 球的落地点,P是 球的落地点。 (3)用题中的字母写出动量守恒定律的表达式 。
答案:(1)用最小的圆把所有落点圈在里面,圆心即为落点的平均位置 13.0 cm (2)B A (3)mA·OQ=mA·OP+mB·OR
1.掌握应用平抛运动验证动量守恒定律。2.掌握验证动量守恒定律的实验方法。3.学会实验数据处理的方法。
1.在探究碰撞过程的守恒量基础上掌握验证动量守恒定律的各种方法,开拓思维,培养实验探究能力。2.掌握各种实验方案中实验操作与实验数据处理方法,培养实验数据处理能力。
一、实验目的1.掌握应用研究平抛运动的实验验证动量守恒定律。2.掌握验证动量守恒定律的其他实验方法。3.能正确进行实验数据处理。
二、实验原理下图为验证碰撞中的动量守恒的实验装置。设入射小球质量为m1,被碰小球质量为m2,碰撞前m1的速度为v1,m2静止,碰撞后m1的速度为v1',m2的速度为v2'。
1.若碰撞动量守恒,则应满足: m1v1=m1v1'+m2v2' 。2.该实验入射小球和被碰小球质量必须满足m1>m2。3.该实验需要测量的数据有m1、m2、OM、ON、OP。
4.根据测量数据,验证动量守恒的关系式是m1·OP=m1·OM+m2·ON。
三、实验仪器斜槽、两个大小相同但质量不同的小球、天平、刻度尺、白纸、复写纸、圆规等。四、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(a)所示安装好实验装置并使斜槽末端水平。3.在地面上铺一张白纸,在白纸上铺放一张复写纸。4.在白纸上记下重垂线所指的位置O[如图(b)],它表示两小球做平抛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以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,圆心就是入射小球平抛的落地点P。6.把被碰小球放到斜槽末端,让入射小球从同一高度由静止滚下,使它们发生正碰,重复10次,仿照上一步骤求出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。
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m1·OP=m1·OM+m2·ON,看看是否成立。
五、其他验证方案方案一:利用气垫导轨完成一维碰撞实验(如图所示)
方案二:利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验(如图所示)
方案三:在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验(如图所示)
六、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等。2.偶然误差:主要来源于质量m和速度v的测量。
七、注意事项1.碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”。2.若利用气垫导轨进行实验,调整气垫导轨时,注意利用水平仪确保导轨水平。3.若利用摆球进行实验,两小球静放时球心应在同一水平线上,且刚好接触,摆线竖直,将小球拉起后,两条摆线应在同一竖直平面内。4.若利用长木板进行实验,可在长木板下垫一个小木片以平衡摩擦力。5.若利用斜槽进行实验,入射小球质量m1要大于被碰小球质量m2,即m1>m2,防止碰后m1被反弹,且两球半径r1=r2=r。
【例题1】 在实验室里为了验证动量守恒定律,一般采用如图(a)、(b)两种装置。
(1)若入射小球质量为m1,半径为r1;被碰小球质量为m2,半径为r2,则 。 A.m1>m2 r1>r2B.m1>m2 r1
解析:(1)为了保证碰撞前后入射小球的速度方向不变,故必须使入射小球的质量大于被碰小球的质量。为了使两球发生正碰,两小球的半径相同,选项C正确。
间t相等,验证碰撞中的动量守恒,需要验证m1v1=m1v1'+m2v2,两边同乘以t可得m1v1t=m1v1't+m2v2t,则有m1x1=m1x1'+m2x2,由题图(a)可知,需要验证m1·OP=m1·OM+m2·O'N,因此实验需要测量的量有:①入射小球的质量,②被碰小球的质量,③入射小球碰前平抛的水平位移,④入射小球碰后平抛的水平位移,⑤被碰小球碰后平抛的水平位移。实验需要刻度尺与天平。
验证动量守恒注意的问题应用平抛运动验证动量守恒定律实验中,因为做平抛运动的物体运动时间相等,因此由关系式m1v1=m1v1'+m2v2,两边同乘以t可得m1v1t=m1v1't+m2v2t,则有m1x1=m1x1'+m2x2,故本实验中只需将位移关系代入公式,不需计算速度关系。
【例题2】 某同学用如图(a)所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来“探究碰撞过程中的不变量”,图中PQ是斜槽,QR为水平槽,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。
(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)某次实验中,得出小球落点情况如图(b)所示(单位是cm),P'、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),若入射小球和被碰小球质量之比为m1∶m2=4∶1。
则两球碰撞前的总动量为 (用m1表示),碰撞后的总动量为 (用m1表示)。 在实验误差允许的范围内两球碰撞过程中动量 。
答案:(1)水平(2)0.256m1 0.255m1 守恒
解析:(1)为保证小球滚落后做平抛运动,斜槽末端的切线要沿水平方向。(2)碰撞前有p=m1·OP'=0.256m1碰撞后有p'=m1·OM+m2·ON=0.155m1+0.4m2=0.255m1由以上计算可知,在实验误差允许的范围内,两球碰撞过程中动量守恒。
【例题3】 为了验证动量守恒定律(探究碰撞中的不变量),某同学选取了两个材质相同、体积不等的立方体滑块A和B,按下述步骤进行实验:步骤1:在A、B的相撞面分别装上尼龙拉扣,以便二者相撞以后能够立刻结为整体;步骤2:安装好实验装置如图(a),铝质轨道槽的左端是倾斜槽,右端是长直水平槽,倾斜槽和水平槽由一小段弧连接,轨道槽被固定在水平桌面上,在轨道槽的侧面与轨道等高且适当远处装一台数码频闪照相机;步骤3:让滑块B静置于水平槽的某处,滑块A从斜槽某处由静止释放,同时开始频闪拍摄,直到A、B停止运动,得到一幅多次曝光的数码照片;步骤4:多次重复步骤3,得到多幅照片,挑出其中最理想的一幅,打印出来,将刻度尺紧靠照片放置,如图(b)所示。
(1)由图分析可知,滑块A与滑块B碰撞发生的位置在 。 ①P5、P6之间②P6处③P6、P7之间(2)为了探究碰撞中动量是否守恒,需要直接测量或读取的物理量是 。 ①A、B两个滑块的质量m1和m2②滑块A释放时距桌面的高度③频闪照相的周期④照片尺寸和实际尺寸的比例
⑤照片上测得的s45、s56和s67、s78⑥照片上测得的s34、s45、s56和s67、s78、s89⑦滑块与桌面间的动摩擦因数写出验证动量守恒的表达式 。 (3)请你写出一条有利于提高实验准确度或改进实验原理的建议: 。
答案:(1)②(2)①⑥m1(2s56+s45-s34)=(m1+m2)(2s67+s78-s89)(3)见解析
解析:(1)由题图可知碰撞位置发生在P5、P6之间或P6处,又由于P6位置滑块速度明显减小,故A、B相撞的位置在P6处,故②正确。(2)设碰撞前滑块A在P4、P5、P6的速度分别为v4、v5、v6,碰撞后,整体在P6、P7、P8的速度分别为v6'、v7、v8,
m1v6=(m1+m2)v6',将以上两式代入整理得m1(2s56+s45-s34)=(m1+m2)(2s67+s78-s89),故需要直接测量的物理量是A、B两个滑块的质量m1和m2及照片上测得的s34、s45、s56和s67、s78、s89,故①⑥正确。
(3)提高实验准确度或改进实验原理的建议:①使用更平整的轨道槽,轨道要平整,防止各段摩擦力不同,滑块做非匀变速运动。②在足够成像的前提下,缩短频闪照相每次曝光的时间,使滑块碰撞位置拍摄更清晰、准确。③适当增大相机和轨道槽的距离,相机和轨道槽的距离较小时,由于镜头拍摄引起的距离误差增大,应适当增大相机和轨道槽的距离。
1.(验证动量守恒定律实验理解)在利用平抛运动做“验证动量守恒定律”实验中,安装斜槽轨道时,应让斜槽末端的切线保持水平,这样做的目的是( )A.入射球得到较大的速度B.入射球与被碰球对心碰撞后速度均为水平方向C.入射球与被碰球碰撞时动能无损失D.入射球与被碰球碰撞后均能从同一高度飞出答案:B解析:实验中小球能水平飞出是实验成功的关键,只有这样才能使两个小球在空中运动时间相等。
2.(验证动量守恒定律实验操作)(多选)在用打点计时器做“验证动量守恒定律”实验时,下列哪些操作是正确的( )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
3.(验证动量守恒定律实验原理)某同学用如图(a)所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来验证动量守恒定律。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,得到了如图(b)所示的三个落地点。
(1)请你叙述用什么方法找出落地点的平均位置? 。 并在图中读出OP= 。 (2)已知mA∶mB=2∶1,碰撞过程中动量守恒,则由图可以判断出R是 球的落地点,P是 球的落地点。 (3)用题中的字母写出动量守恒定律的表达式 。
答案:(1)用最小的圆把所有落点圈在里面,圆心即为落点的平均位置 13.0 cm (2)B A (3)mA·OQ=mA·OP+mB·OR
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