高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册实验：验证动量守恒定律优质教学课件ppt

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高中物理选择性必修第一册
动量守恒定律的适用条件是系统不受外力，或者所受外力的矢量和为0。因我们生活中常见的碰撞近似满足动量守恒的条件，故我们可以通过碰撞实验来验证动量守恒定律。
问题1：如何处理矢量的方向呢？问题2：如何设计实验？保证为一维碰撞？问题3：需要测量哪些物理量呢？
利用运动学知识，如匀速运动、平抛运动，借助于斜槽、气垫导轨、打点计时器和纸带等来达到实验目的和控制实验条件。
实验目的：验证动量守恒
在一维碰撞(碰撞前后物体都在同一直线上运动)的情况下,令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',如果速度的方向与设定的坐标轴的正方向一致,取正值,反之则取负值。测出m1、m2,v1、v2,v1'、v2',若m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2',那么碰撞中动量守恒。
研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
用打点计时器验证动量守恒
用平抛演示仪装置验证动量守恒定律
用频闪照片测速验证动量守恒
研究气垫导轨上滑块碰撞时动量守恒
实验器材：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块（两个）、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等。
1.质量的测量：天平称量出滑块质量m1，m2
Δt—遮光条经过光电门的时间
3.利用加重物来改变滑块的质量
4.不同碰撞情况的实现：
4.使两滑块依次发生上图三种碰撞情况，计算滑块碰撞前后的速度。
1.用天平测量两滑块的质量m1、m2，填入预先设计好的表格中。
2.安装光电门，使两个光电门之间的距离约为50cm。
6.整理实验仪器，数据处理，寻找守恒量。
5.改变滑块质量，重复步骤4。
3.导轨通气后，调节气垫导轨水平，使滑块在气垫导轨上保持不动或。
2.气垫导轨是一种精度较高的现代化教学仪器。切忌振动、重压，严防碰伤和划伤，绝对禁止在不通气的情况下将滑行器在轨面上滑磨。调整水平时注意利用水平仪。
3.由于碰撞的情形很多，猜想的不变量只有在各种方案中都不变才能符合要求，成为实验结论。
4.考虑到速度的矢量性，记录数据时应规定正方向。若速度方向与规定的正方向相同，则速度取正值，若速度方向与规定方向相反，则取负值。
1.碰撞可能不是精确的一维碰撞。
2.碰撞中其他力(例如：摩擦力、空气阻力等)的影响带来的误差。
3.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，尽量减小偶然误差的影响。
mA＞mB , 运动滑块A撞击静止滑块B。
两静止滑块被弹簧弹开，一个向左，一个向右
mAv1=mA·v2+mBv3
mAv=(mA+mB)v共
0=mAvA-mBvB
为防止A球反弹， m1＞m2
只有入射小球从固定点下落时的情况
1. 先用天平称量出两个小球的质量mA、mB。
3. 在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸。
2. 安装好实验装置，注意使实验器的斜槽末端点的切线水平。
4. 在白纸上记下重垂线所指的位置 O，它表示入射小球 mA碰撞前球心的竖直投影点。
5. 先不放被碰小球，让入射小球从斜槽上同一位置处静止滚下，重复 10 次，用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面，圆心就是入射小球不碰撞时的落地点。
7. 用刻度尺测出线段 OM、OP、ON 的长度，把两小球的质量和相应的水平位移数值代入m1OP＝m1OM＋m2ON，看等式是否成立。
6. 把被碰小球放在斜槽轨道末端，让入射小球从同一位置静止滚下，使它们发生正碰，重复 10 次，同理求出入射小球落点的平均位置 M 和被碰小球落点的平均位置N。
1.斜槽末端要切线要水平；
2.每次小球下滑要从同一位置处由静止释放；
3.要保证对心碰撞，两球必须大小相等；
4. 小球的诸多落点要用用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落点都圈在里面，该小圆的圆心即为小球的平均落点 ；
5. 入射小球的质量mA和被碰小球的质量mB的大小关系是mA > mB 。
用单摆测速验证动量守恒
设摆长为L=l+r，测出摆角θ和β，可得碰前与碰后速度
测出相邻计数点间的距离Δx，
求相邻计数点间的时间Δt，
距离Δx只能取碰前和碰后稳定阶段的数据进行运算求对应速度
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分析频闪照片中A、B滑块碰撞前后的位置情况，设频闪时间间隔为Δ t，可得速度为
用频闪照片验证动量守恒
用如图所示的装置验证“动量守恒定律”。实验时先让A球从斜槽上某一固定位置由静止释放，P点为A球落点的平均位置；再把半径相同的B球放在水平轨道末端，将A球仍从原位置由静止释放，M、N分别为A、B两球碰撞后落点的平均位置。O点是水平轨道末端在记录纸上的竖直投影点，O、M、P、N位于同一水平面上。(1)除了图中器材外，完成本实验还必须使用的器材有 （选填选项前的字母）。A．天平B．刻度尺C．秒表D．圆规
【答案】(1)ABD(2)ABC(3) m1OP = m1OM + m2ON m1: m2=19:5【解析】（1）除了图中器材外，完成本实验还必须使用的器材是天平、刻度尺、圆规。故选ABD。（2）实验利用平抛运动规律测得小球速度，必要操作是安装轨道时，轨道末端必须水平、每次必须从同一个高度静止释放小球、为使小球碰后不反弹，则实验中两个小球的质量应满足m₁ > m₂，轨道光滑与否对实验无影响。故选ABC。
请回答下列问题：(1)为完成该实验，还需要的实验器材有 ；(2)第一次实验数据不理想，你认为下列哪些同学的说法有道理 ；A．小刘认为：把水平轨道左侧略微垫高一点，使得滑块在水平轨道上做匀速直线运动B．小李认为：测量位移时，A、B滑块都应该读右侧面所对的位置坐标C．小王认为：读A、B滑块左侧面所对的位置坐标D．小张认为：读滑块A右侧面的位置坐标，读滑块B左侧面的位置坐标
气垫导轨上有A、B两个滑块，开始时两个滑块静止，它们之间有一根被压缩的轻质弹簧，滑块间用绳子连接（如图甲所示），绳子烧断后，两个滑块向相反方向运动，图乙为它们运动过程的频闪照片，频闪的频率为10Hz，由图可知：(1)A、B离开弹簧后，应该做 运动，已知滑块A、B的质量分别为200g、300g，根据照片记录的信息，从图中可以看出闪光照片有明显与事实不相符合的地方是 。
(2)若不计此失误，分开后，A的动量大小为 kg·m/s，B的动量的大小为 kg·m/s，本实验中得出“在实验误差允许范围内，两滑块组成的系统动量守恒”这一结论的依据是 。
【答案】(1) 匀速直线 A、B两滑块的第一个间隔(2) 0.018 0.018 A、B两滑块作用前后总动量相等，均为0【解析】（1）[1] A、B离开弹簧后，不受弹力，气垫导轨没有摩擦，则两滑块均做匀速直线运动；[2]烧断细线后，在弹簧恢复原长的过程中，应先做加速运动，当弹簧恢复原长后，滑块做匀速直线运动，由图中闪光照片可知，滑块直接做匀速直线运动，没有加速过程，实际上A、B两滑块的第一个间隔都应该比后面匀速时相邻间隔的长度小，故A、B两滑块的第一个间隔与事实不符。
在用图示的装置验证动量守恒定律时，实验步骤如下：①先不放靶球B，将入射球A从斜槽上某点由静止释放，落到白纸上某点，重复该动作10次，把10次落点用一个最小的圆圈起来，圆心标为P点；②在斜槽末端放上球B，将A从斜槽上同一位置由静止释放，与球B碰后落到白纸上某两点，重复该动作10次，把A、B两球10次落点分别用一个最小的圆圈起来，圆心分别标为M、N点；