高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册4 实验：验证动量守恒定律课文内容课件ppt

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1.通过分析教材提供的实验方案,学习根据要求设计实验的方法2.会正确使用气垫导轨、光电门获得实验数据3.理解利用斜槽实验时速度测量原理4.通过实验培养学生实事求是的科学态度、创新精神
一、实验目的验证碰撞中的动量守恒。二、实验原理在一维碰撞(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=　　　　　,那么碰撞中动量守恒。 
m1v1'+m2v2'
三、参考案例1　研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒1.实验中物理量的测量(1)质量的测量:用　　　　测量质量。 (2)速度的测量:利用公式v= ,式中Δx为滑块(挡光片)的宽度,Δt为计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门所对应的时间。(3)利用在滑块上　　　　　　的方法改变碰撞物体的质量。 
(1)用细线将弹簧片压缩,放置于两个滑块之间,并使它们静止,然后烧断细线,弹簧片弹开后落下,两个滑块随即向相反方向运动(图甲)。(2)在两滑块相碰的端面上装上弹性碰撞架(图乙),可以得到能量损失很小的碰撞。(3)在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,把两个滑块连成一体运动(图丙),这样可以得到能量损失很大的碰撞。
【实验器材】气垫导轨(含气泵)、光电计时器、滑块(带挡光板、两个)、弹簧片(或弹簧)、细绳、弹性碰撞架、撞针、橡皮泥。【实验步骤】(1)用　　　　测出两滑块的质量,用　　　　　　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,直到水平仪中的气泡位于　　　　,此时导轨水平。 (3)接通气泵的电源,向气垫导轨通入压缩空气。(4)(按照实验方案(2))把滑块2放在气垫导轨的中间,使滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮筋后释放滑块1。(5)记录滑块1通过光电门的时间t1,碰后滑块1和滑块2依次通过光电门的时间t1'、t2。
【数据处理】结论:　 。 【注意事项】(1)气垫导轨是一种精度较高的现代化仪器,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块在轨面上滑动。(2)调整气垫导轨时要利用水平仪确保导轨　　　　。 
碰撞前两滑块的动量之和等于碰撞后两滑块的动量之和
四、参考案例2　研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒[实验中物理量的测量]
如图所示,质量较大的小球从斜槽上固定位置滚下来,跟放在斜槽末端的另一质量较小的球发生碰撞后都做　　　　运动。由平抛运动知识可知,各小球落地的　　　　相等。这样如果用小球的飞行时间作时间单位,
那么小球飞出的　　　　　　在数值上就等于它的水平速度。因此,只要分别测出两小球的质量m1、m2和不放被碰小球时入射小球在空中飞出的水平距离OP,以及入射小球与被小球碰撞后在空中飞出的水平距离OM和ON,若在实验误差允许的范围内m1OP=　　 　,就验证了小球组成的系统碰撞前后总动量守恒。 
【实验器材】斜槽、铅垂线、大小相等而质量不等的小球两个、白纸、复写纸、刻度尺、圆规、三角板、天平。【实验步骤】(1)用　　　　测出两小球的质量,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　　　　,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　　　　　所指的位置O。 (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　　　　　把所有的小球落点圈在里面, 　　　　P就是小球落点的平均位置。 
(5)把被碰小球放在斜槽末端,让入射小球从　　　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。如图所示。 (6)连接ON,测量线段OP、OM、ON的长度。将测量数据填入表中。
【数据处理】记录分析结论:　 。 【注意事项】(1)斜槽末端点的切线要水平。(2)入射小球的质量大于被碰小球的质量。(3)每次入射小球在斜槽上同一高度自由滚下。(4)白纸铺好后不能移动。
碰撞前两小球的动量之和等于碰撞后两小球的动量之和
例1 如图甲所示，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)实验中直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的，但可以通过仅测量________(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S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S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开始释放高度hC.测量抛出点距地面的高度HD.分别找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、NE测量平抛射程OM、ON
(2)由表达式知：在OP已知时，需测量m1、m2、OM和ON，故必要步骤有A、D、E。
联立可得p1∶p1′＝OP∶OM＝44.80∶35.20＝14∶11
答案：　(1)C　(2)ADE　(3)14　2.9　1.01
例2 某同学运用以下实验器材,设计了一个碰撞实验来验证碰撞中的动量守恒:打点计时器、低压交流电源(频率为50 Hz)、纸带、表面光滑的长木板、带撞针的小车A、带橡皮泥的小车B、天平。该同学设计的实验步骤如下:A.用天平测出小车A的质量为mA=0.4 kg,小车B的质量为mB=0.2 kgB.更换纸带重复操作三次C.小车A靠近打点计时器放置,在车后固定纸带,把小车B放在长木板中间D.把长木板平放在桌面上,在一端固定打点计时器,连接电源E.接通电源,并给小车A一定的初速度vA
(1)请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来　　　　。 (2)打点计时器打下的纸带中,比较理想的一条如图所示,根据这些数据完成下表。(3)根据以上数据得到的结论:　　　　　　　　　　　　。 
解析:(1)按照先安装,后实验,最后重复的顺序,该同学正确的实验步骤为ADCEB。(2)碰撞前后均为匀速直线运动,由纸带上的点迹分布求出速度。碰后小车A、B合为一体,求出AB整体的共同速度。注意打点计时器的频率为50 Hz,打点时间间隔为0.02 s,通过计算得下表。(3)根据数据分析知碰撞前后两车的总动量不变。
答案:(1)ADCEB　(2)见解析　(3)碰撞前后两车的总动量不变
1.利用气垫导轨做验证碰撞中的动量守恒实验时,不需要测量的物理量是(　　)A.滑块的质量B.挡光时间C.挡光片的宽度D.滑块移动的距离
　解析:根据实验原理可知,滑块的质量、挡光时间、挡光片的宽度都是需要测量的物理量,其中滑块的质量用天平测量,挡光时间用光电计时器测量,挡光片的宽度可事先用刻度尺测量。只有移动的距离不需要测量,故选项D正确。
2.气垫导轨工作时能够通过喷出的气体使滑块悬浮从而基本消除掉摩擦力的影响,因此成为重要的实验器材,气垫导轨和光电门、数字毫秒计配合使用能完成许多实验。现提供以下实验器材:
利用以上实验器材可以完成“验证动量守恒定律”的实验。为完成此实验,某同学将实验原理设定为:m1v0=(m1+m2)v。(1)针对此原理,应选择的器材为　　　　(填写器材编号)。 (2)在所选的器材中,　　　　(填写器材编号)器材对应原理中的m1。 
解析:(1)题给原理说明碰撞前只有一个滑块运动,碰撞后两滑块结合为一体,所以需要ABC。(2)碰前运动的滑块需要测其速度,所以应选带遮光板的B作为m1。答案:(1)ABC　(2)B
3.下图为气垫导轨上两个滑块A、B相互作用后运动过程的频闪照片,频闪的频率为10 Hz。开始两个滑块静止,它们之间有一根被压缩的轻弹簧,滑块用细绳连接,细绳烧断后,两个滑块向相反方向运动。已知滑块 A、B的质量分别为200 g、300 g,根据照片记录的信息,可知细绳烧断后,A滑块做　　　　　　　　运动,其速度大小为　　　m/s。本实验中得出的结论是　  　。 
解析:由题图可知,细绳烧断后,A、B均做匀速直线运动,开始时:vA=0,vB=0,规定向右方向为正方向,则A、B被弹开后,vA'=-0.09 m/s,vB'=0.06 m/smAvA'=0.2×(-0.09) kg·m/s=-0.018 kg·m/smBvB'=0.3×0.06 kg·m/s=0.018 kg·m/s由此可得0=mBvB'+mAvA'结论是两滑块组成的系统在相互作用前后总动量相等。答案:匀速直线　0.09　两滑块组成的系统在相互作用前后总动量相等
4.如图所示为弹簧弹射装置，在内壁光滑、水平固定的金属管中放有轻弹簧，在其两端各放置一个金属小球1和2(两球直径略小于管内径且与弹簧不固连)，压缩弹簧并锁定．现解除锁定，则两个小球同时沿同一直线向相反方向弹射．按下述步骤进行实验：①用天平测出小球1、2的质量分别为m1、m2；②用刻度尺测出两管口离地面的高度均为h；③解除弹簧锁定弹出两球，记录两球在水平地面上的落点P、Q.回答下列问题：
(1)要测定弹射装置在弹射时所具有的弹性势能，还需测量的物理量有________．(已知重力加速度为g)A．弹簧的压缩量ΔxB．两球落点P、Q到对应管口M、N的水平距离x1、x2C．小球直径dD．两球从管口弹出到落地的时间t1、t2；(2)根据测量结果，可得弹簧所具有的弹性势能的表达式为Ep＝________.(3)由上述测得的物理量来表示，如果满足关系式________，那么说明弹射过程中两小球组成的系统动量守恒．
答案　(1)B　(2) 　(3)m1x1＝m2x2