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高中物理沪科技版（2020）选修第一册第三节 动量守恒定律优质ppt课件
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这是一份高中物理沪科技版（2020）选修第一册第三节 动量守恒定律优质ppt课件，共41页。PPT课件主要包含了学习目标，实验原理，设计实验方案，光电门，答案见解析，滑块1碰撞之后的速度，m1·OP，ABD，实验步骤，实验创新设计等内容，欢迎下载使用。
1.会根据器材和要求设计实验方案.2.通过实验验证一维碰撞情况下系统的动量守恒.
在一维碰撞的情况下，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′，若系统所受合外力为零，则系统的动量守恒，则 .
m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′
方案1：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒(1)质量的测量：用 测量.(2)速度的测量：v＝ ，式中的d为滑块上挡光板的 ，Δt为数字计时器显示的滑块上的挡光板经过 的时间.本实验碰撞前、后速度大小的测量采用的是极限法.
(3)碰撞情景的实现：如图所示，利用弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥设计各种类型的碰撞，利用在滑块上加重物的方法改变碰撞物体的质量.
(4)器材：气垫导轨、数字计时器、滑块(带挡光板)两个、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥、天平.
（4）注意速度的矢量性：规定一个正方向，碰撞前后滑块速度的方向跟正方向相同即为正值，跟正方向相反即为负值，比较m1v1＋m2v2与m1v1′＋m2v2′是否相等，应该把速度的正负号代入计算.（5）造成实验误差的主要原因是存在摩擦力.利用气垫导轨进行实验，调节时确保导轨水平.
例1 某同学利用气垫导轨做“验证动量守恒定律”的实验，气垫导轨装置如图所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架、光电门等组成.(1)下面是实验的主要步骤：①安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；②向气垫导轨通入压缩空气；③接通数字计时器；④把滑块2静止放在气垫导轨的中间；⑤滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；
⑥释放滑块1，滑块1通过光电门1后与左侧带有固定弹簧(未画出)的滑块2碰撞，碰后滑块2和滑块1依次通过光电门2，两滑块通过光电门2后依次被制动；⑦读出滑块通过光电门的挡光时间分别为：滑块1通过光电门1的挡光时间Δt1＝10.01 ms，通过光电门2的挡光时间Δt2＝49.99 ms，滑块2通过光电门2的挡光时间Δt3＝8.35 ms；⑧测出挡光板的宽度d＝5 mm，测得滑块1的质量为m1＝300 g，滑块2(包括弹簧)的质量为m2＝200 g.
(2)数据处理与实验结论：①实验中气垫导轨的作用是：A.___________________________________________________________；B.___________________________________________________________.
解析 A.大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差.B.保证两个滑块的碰撞是一维的.
②碰撞前滑块1的速度v1为__________ m/s；碰撞后滑块1的速度v2为__________ m/s；碰撞后滑块2的速度v3为__________ m/s；(结果均保留两位有效数字)
③碰撞前系统的总动量为m1v1＝________.碰撞后系统的总动量为m1v2＋m2v3＝________.由此可得实验结论：____________________________________________.
解析 系统碰撞之前m1v1＝0.15 kg·m/s，系统碰撞之后m1v2＋m2v3＝0.15 kg·m/s.通过实验结果，可得结论：在实验误差允许的范围内，两滑块相互作用的过程，系统的动量守恒.
方案2：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
(1)质量的测量：用 测量.
如图2甲所示，让一个质量较大的小球从斜槽上滚下来，与放在斜槽水平末端的另一质量较小的同样大小的小球发生碰撞，之后两小球都做平抛运动.
(2)速度的测量：由于两小球下落的高度相同，所以它们的飞行时间相等.如果以小球的飞行时间为单位时间，那么小球飞出的水平距离在数值上就等于它的水平速度.只要测出不放被碰小球时入射小球在空中飞出的水平距离OP，以及碰撞后入射小球与被碰小球在空中飞出的水平距离OM和ON，就可以表示出碰撞前后小球的速度.
(3)碰撞情景的实现：①不放被碰小球，让入射小球m1从斜槽上某一位置由 滚下，记录平抛的水平位移OP.②在斜槽水平末端放上被碰小球m2，让m1从斜槽 位置由静止滚下，记下两小球离开斜槽做平抛运动的水平位移OM、ON.③验证 与 在误差允许范围内是否相等.
m1·OM＋m2·ON
(4)器材：斜槽、两个大小相等而质量不等的小球、铅垂线、白纸、复写纸、刻度尺、天平、圆规.
本实验应注意：(1)入射小球的质量m1大于被碰小球的质量m2(m1>m2).(2)入射小球半径等于被碰小球半径.(3)入射小球每次必须从斜槽上同一高度处由静止滚下.(4)斜槽末端的切线方向水平.
(5)为了减小误差，需要找到不放被碰小球及放被碰小球时小球落点的平均位置.为此，需要让入射小球从同一高度多次滚下，进行多次实验，然后用圆规画尽量小的圆把小球所有的落点都圈在里面，其圆心即为小球落点的平均位置.(6)不需要测量速度的具体数值.因平抛运动高度相同，下落时间相等，速度的测量可转换为水平距离的测量.
例2 某同学用图甲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，图中CQ是斜槽，QR为水平槽，二者平滑相接，调节实验装置，使小球放在QR上时恰能保持静止，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.然后把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.
图甲中O是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点，P为未放被碰球B时A球的平均落点，M为与B球碰后A球的平均落点，N为被碰球B的平均落点.若B球落点痕迹如图乙所示，其中米尺水平放置，且平行于OP.米尺的零点与O点对齐.
(1)入射球A的质量mA和被碰球B的质量mB的关系是mA____mB(选填“>”“<”或“＝”).
解析 要使两球碰后都向右运动，A球质量应大于B球质量，即mA>mB.
(2)碰撞后B球的水平射程约为___________________cm.
解析 将10个点圈在圆内的最小圆的圆心为平均落点，可由米尺测得碰撞后B球的水平射程约为64.7 cm.
64.7(64.2～65.2均可)
(3)下列选项中，属于本次实验必须测量的是______(填选项前的字母).A.水平槽上未放B球时，测量A球平均落点位置到O点的距离B.A球与B球碰撞后，测量A球平均 落点位置到O点的距离C.测量A球或B球的直径D.测量A球和B球的质量E.测量G点相对于水平槽面的高度
解析 从同一高度做平抛运动，飞行的时间t相同，而水平方向为匀速直线运动，故水平位移x＝vt，所以只要测出小球飞行的水平位移，就可以用水平位移的测量值代替平抛初速度.故需测出未放B球时A球飞行的水平距离OP和碰后A、B球飞行的水平距离OM和ON，及A、B两球的质量，故A、B、D正确.
(4)若系统动量守恒，则应有关系式：________________________.
mA·OP＝mA·OM＋mB·ON
解析 若动量守恒，需验证的关系式为mAvA＝mAvA′＋mBvB′，
代入上式得mA·OP＝mA·OM＋mB·ON.
不论哪种方案，实验过程均可按实验方案合理安排，参考步骤如下：(1)用天平测出相关质量.(2)安装实验装置.(3)使物体发生一维碰撞，测量或读出相关物理量，计算相关速度，填入预先设计好的表格.(4)改变碰撞条件，重复实验.(5)通过对数据的分析处理，验证碰撞过程动量是否守恒.(6)整理器材，结束实验.
例3 利用如图所示的装置做“验证动量守恒定律”的实验，质量为mA的钢球A用细线悬挂于O点，质量为mB的钢球B放在离地面高度为H的小
支柱N上.O点到A球球心的距离为L.使悬线在A球释放前伸直，且线与竖直方向的夹角为α，A球释放后摆动到最低点时恰与B球正碰，碰撞后，A球把轻质指示针OC推移到与竖直方向夹角为β处，B球落到地面上，地面上铺一张盖有复写纸的白纸D.保持α角度不变，多次重复上述实验，白纸上记录了多个B球的落点，重力加速度为g.(悬线长远大于小球半径)
(1)图中x应是B球初始位置到_____________的水平距离.(2)为了验证动量守恒，应测得的物理量有________________________.
mA、mB、α、β、H、L、x
(3)用测得的物理量表示(vA为A球与B球刚要相碰前A球的速度，vA′为A球与B球刚相碰后A球的速度，vB′为A球与B球刚相碰后B球的速度)：mAvA＝_________________；mAvA′＝_________________；mBvB′＝__________.
解析 小球A在碰撞前、碰撞后的两次摆动过程，均满足机械能守恒定律.小球B在碰撞后做平抛运动，则x应为B球的平均落点到其初始位置的水平距离.
碰撞后对A，由机械能守恒定律得
故要得到碰撞前后的动量，要测量的物理量有mA、mB、α、β、H、L、x.
SUITANGYANLIAN ZHUDIANLUOSHI
1.如图所示，在实验室用两端带竖直挡板C、D的气垫导轨和带有固定挡板的质量都是M的滑块A、B做“验证动量守恒定律”的实验：(1)把两滑块A和B紧贴在一起，在A上放一质量为m的砝码，置于导轨上，用电动卡销卡住A和B，在A和B的固定挡板间放一弹簧，使弹簧处于水平方向上的压缩状态.(2)按下电钮使电动卡销放开，同时启动两个记录两滑块运动时间的电子计时器，当A和B与挡板C和D碰撞的同时，电子计时器自动停表，记下A至C的运动时间t1，B至D的运动时间t2.(3)重复几次取t1、t2的平均值.
请回答以下几个问题：①在调整气垫导轨时应注意________________；
解析 为了保证滑块A、B作用后做匀速直线运动，必须使气垫导轨水平.
②应测量的数据还有__________________________________________________________；
滑块A的左端到挡板C的距离s1和滑块B的右端到挡
解析 要求出A、B两滑块在卡销放开后的速度，需测出A至C的时间t1和B至D的时间t2，并且要测量出两滑块到挡板的距离s1和s2，再由公式v＝求出其速度.
③只要关系式_________________成立，即可验证动量守恒定律.
2.现利用图(a)所示的装置“验证动量守恒定律”.在图(a)中，气垫导轨上有A、B两个滑块，滑块A右侧带有一弹簧片，左侧与穿过打点计时器(图中未画出)的纸带相连；滑块B左侧也带有一弹簧片，上面固定一遮光片，数字计时器(未完全画出)可以记录遮光片通过光电门的时间.
实验测得滑块A的质量m1＝0.310 kg，滑块B的质量m2＝0.108 kg，遮光片的宽度d＝1.00 cm；打点计时器所用交变电流的频率f＝50.0 Hz.将光电门固定在滑块B的右侧，启动打点计时器，给滑块A一向右的初速度，使它与B相碰.碰后数字计时器显示的时间为ΔtB＝3.500 ms，碰撞前后打出的纸带如图(b)所示.
若实验允许的相对误差绝对值( ×100%)最大为5%，本实验是否在误差允许范围内验证了动量守恒定律？写出运算过程.
解析 根据速度的定义，滑块运动的瞬时速度大小
式中Δs为滑块在很短时间Δt内通过的路程设纸带上相邻两点的时间间隔为ΔtA，则
设滑块A在碰撞前、后瞬时速度大小分别为v0、v1.将②式和题图(b)所给实验数据代入①式可得v0＝2.00 m/s③v1＝0.970 m/s④设滑块B碰撞后的速度大小为v2，由①式有
代入题给实验数据得v2≈2.86 m/s ⑥
1.会根据器材和要求设计实验方案.2.通过实验验证一维碰撞情况下系统的动量守恒.
在一维碰撞的情况下，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′，若系统所受合外力为零，则系统的动量守恒，则 .
m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′
方案1：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒(1)质量的测量：用 测量.(2)速度的测量：v＝ ，式中的d为滑块上挡光板的 ，Δt为数字计时器显示的滑块上的挡光板经过 的时间.本实验碰撞前、后速度大小的测量采用的是极限法.
(3)碰撞情景的实现：如图所示，利用弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥设计各种类型的碰撞，利用在滑块上加重物的方法改变碰撞物体的质量.
(4)器材：气垫导轨、数字计时器、滑块(带挡光板)两个、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥、天平.
（4）注意速度的矢量性：规定一个正方向，碰撞前后滑块速度的方向跟正方向相同即为正值，跟正方向相反即为负值，比较m1v1＋m2v2与m1v1′＋m2v2′是否相等，应该把速度的正负号代入计算.（5）造成实验误差的主要原因是存在摩擦力.利用气垫导轨进行实验，调节时确保导轨水平.
例1 某同学利用气垫导轨做“验证动量守恒定律”的实验，气垫导轨装置如图所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架、光电门等组成.(1)下面是实验的主要步骤：①安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；②向气垫导轨通入压缩空气；③接通数字计时器；④把滑块2静止放在气垫导轨的中间；⑤滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；
⑥释放滑块1，滑块1通过光电门1后与左侧带有固定弹簧(未画出)的滑块2碰撞，碰后滑块2和滑块1依次通过光电门2，两滑块通过光电门2后依次被制动；⑦读出滑块通过光电门的挡光时间分别为：滑块1通过光电门1的挡光时间Δt1＝10.01 ms，通过光电门2的挡光时间Δt2＝49.99 ms，滑块2通过光电门2的挡光时间Δt3＝8.35 ms；⑧测出挡光板的宽度d＝5 mm，测得滑块1的质量为m1＝300 g，滑块2(包括弹簧)的质量为m2＝200 g.
(2)数据处理与实验结论：①实验中气垫导轨的作用是：A.___________________________________________________________；B.___________________________________________________________.
解析 A.大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差.B.保证两个滑块的碰撞是一维的.
②碰撞前滑块1的速度v1为__________ m/s；碰撞后滑块1的速度v2为__________ m/s；碰撞后滑块2的速度v3为__________ m/s；(结果均保留两位有效数字)
③碰撞前系统的总动量为m1v1＝________.碰撞后系统的总动量为m1v2＋m2v3＝________.由此可得实验结论：____________________________________________.
解析 系统碰撞之前m1v1＝0.15 kg·m/s，系统碰撞之后m1v2＋m2v3＝0.15 kg·m/s.通过实验结果，可得结论：在实验误差允许的范围内，两滑块相互作用的过程，系统的动量守恒.
方案2：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
(1)质量的测量：用 测量.
如图2甲所示，让一个质量较大的小球从斜槽上滚下来，与放在斜槽水平末端的另一质量较小的同样大小的小球发生碰撞，之后两小球都做平抛运动.
(2)速度的测量：由于两小球下落的高度相同，所以它们的飞行时间相等.如果以小球的飞行时间为单位时间，那么小球飞出的水平距离在数值上就等于它的水平速度.只要测出不放被碰小球时入射小球在空中飞出的水平距离OP，以及碰撞后入射小球与被碰小球在空中飞出的水平距离OM和ON，就可以表示出碰撞前后小球的速度.
(3)碰撞情景的实现：①不放被碰小球，让入射小球m1从斜槽上某一位置由 滚下，记录平抛的水平位移OP.②在斜槽水平末端放上被碰小球m2，让m1从斜槽 位置由静止滚下，记下两小球离开斜槽做平抛运动的水平位移OM、ON.③验证 与 在误差允许范围内是否相等.
m1·OM＋m2·ON
(4)器材：斜槽、两个大小相等而质量不等的小球、铅垂线、白纸、复写纸、刻度尺、天平、圆规.
本实验应注意：(1)入射小球的质量m1大于被碰小球的质量m2(m1>m2).(2)入射小球半径等于被碰小球半径.(3)入射小球每次必须从斜槽上同一高度处由静止滚下.(4)斜槽末端的切线方向水平.
(5)为了减小误差，需要找到不放被碰小球及放被碰小球时小球落点的平均位置.为此，需要让入射小球从同一高度多次滚下，进行多次实验，然后用圆规画尽量小的圆把小球所有的落点都圈在里面，其圆心即为小球落点的平均位置.(6)不需要测量速度的具体数值.因平抛运动高度相同，下落时间相等，速度的测量可转换为水平距离的测量.
例2 某同学用图甲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，图中CQ是斜槽，QR为水平槽，二者平滑相接，调节实验装置，使小球放在QR上时恰能保持静止，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.然后把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.
图甲中O是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点，P为未放被碰球B时A球的平均落点，M为与B球碰后A球的平均落点，N为被碰球B的平均落点.若B球落点痕迹如图乙所示，其中米尺水平放置，且平行于OP.米尺的零点与O点对齐.
(1)入射球A的质量mA和被碰球B的质量mB的关系是mA____mB(选填“>”“<”或“＝”).
解析 要使两球碰后都向右运动，A球质量应大于B球质量，即mA>mB.
(2)碰撞后B球的水平射程约为___________________cm.
解析 将10个点圈在圆内的最小圆的圆心为平均落点，可由米尺测得碰撞后B球的水平射程约为64.7 cm.
64.7(64.2～65.2均可)
(3)下列选项中，属于本次实验必须测量的是______(填选项前的字母).A.水平槽上未放B球时，测量A球平均落点位置到O点的距离B.A球与B球碰撞后，测量A球平均 落点位置到O点的距离C.测量A球或B球的直径D.测量A球和B球的质量E.测量G点相对于水平槽面的高度
解析 从同一高度做平抛运动，飞行的时间t相同，而水平方向为匀速直线运动，故水平位移x＝vt，所以只要测出小球飞行的水平位移，就可以用水平位移的测量值代替平抛初速度.故需测出未放B球时A球飞行的水平距离OP和碰后A、B球飞行的水平距离OM和ON，及A、B两球的质量，故A、B、D正确.
(4)若系统动量守恒，则应有关系式：________________________.
mA·OP＝mA·OM＋mB·ON
解析 若动量守恒，需验证的关系式为mAvA＝mAvA′＋mBvB′，
代入上式得mA·OP＝mA·OM＋mB·ON.
不论哪种方案，实验过程均可按实验方案合理安排，参考步骤如下：(1)用天平测出相关质量.(2)安装实验装置.(3)使物体发生一维碰撞，测量或读出相关物理量，计算相关速度，填入预先设计好的表格.(4)改变碰撞条件，重复实验.(5)通过对数据的分析处理，验证碰撞过程动量是否守恒.(6)整理器材，结束实验.
例3 利用如图所示的装置做“验证动量守恒定律”的实验，质量为mA的钢球A用细线悬挂于O点，质量为mB的钢球B放在离地面高度为H的小
支柱N上.O点到A球球心的距离为L.使悬线在A球释放前伸直，且线与竖直方向的夹角为α，A球释放后摆动到最低点时恰与B球正碰，碰撞后，A球把轻质指示针OC推移到与竖直方向夹角为β处，B球落到地面上，地面上铺一张盖有复写纸的白纸D.保持α角度不变，多次重复上述实验，白纸上记录了多个B球的落点，重力加速度为g.(悬线长远大于小球半径)
(1)图中x应是B球初始位置到_____________的水平距离.(2)为了验证动量守恒，应测得的物理量有________________________.
mA、mB、α、β、H、L、x
(3)用测得的物理量表示(vA为A球与B球刚要相碰前A球的速度，vA′为A球与B球刚相碰后A球的速度，vB′为A球与B球刚相碰后B球的速度)：mAvA＝_________________；mAvA′＝_________________；mBvB′＝__________.
解析 小球A在碰撞前、碰撞后的两次摆动过程，均满足机械能守恒定律.小球B在碰撞后做平抛运动，则x应为B球的平均落点到其初始位置的水平距离.
碰撞后对A，由机械能守恒定律得
故要得到碰撞前后的动量，要测量的物理量有mA、mB、α、β、H、L、x.
SUITANGYANLIAN ZHUDIANLUOSHI
1.如图所示，在实验室用两端带竖直挡板C、D的气垫导轨和带有固定挡板的质量都是M的滑块A、B做“验证动量守恒定律”的实验：(1)把两滑块A和B紧贴在一起，在A上放一质量为m的砝码，置于导轨上，用电动卡销卡住A和B，在A和B的固定挡板间放一弹簧，使弹簧处于水平方向上的压缩状态.(2)按下电钮使电动卡销放开，同时启动两个记录两滑块运动时间的电子计时器，当A和B与挡板C和D碰撞的同时，电子计时器自动停表，记下A至C的运动时间t1，B至D的运动时间t2.(3)重复几次取t1、t2的平均值.
请回答以下几个问题：①在调整气垫导轨时应注意________________；
解析 为了保证滑块A、B作用后做匀速直线运动，必须使气垫导轨水平.
②应测量的数据还有__________________________________________________________；
滑块A的左端到挡板C的距离s1和滑块B的右端到挡
解析 要求出A、B两滑块在卡销放开后的速度，需测出A至C的时间t1和B至D的时间t2，并且要测量出两滑块到挡板的距离s1和s2，再由公式v＝求出其速度.
③只要关系式_________________成立，即可验证动量守恒定律.
2.现利用图(a)所示的装置“验证动量守恒定律”.在图(a)中，气垫导轨上有A、B两个滑块，滑块A右侧带有一弹簧片，左侧与穿过打点计时器(图中未画出)的纸带相连；滑块B左侧也带有一弹簧片，上面固定一遮光片，数字计时器(未完全画出)可以记录遮光片通过光电门的时间.
实验测得滑块A的质量m1＝0.310 kg，滑块B的质量m2＝0.108 kg，遮光片的宽度d＝1.00 cm；打点计时器所用交变电流的频率f＝50.0 Hz.将光电门固定在滑块B的右侧，启动打点计时器，给滑块A一向右的初速度，使它与B相碰.碰后数字计时器显示的时间为ΔtB＝3.500 ms，碰撞前后打出的纸带如图(b)所示.
若实验允许的相对误差绝对值( ×100%)最大为5%，本实验是否在误差允许范围内验证了动量守恒定律？写出运算过程.
解析 根据速度的定义，滑块运动的瞬时速度大小
式中Δs为滑块在很短时间Δt内通过的路程设纸带上相邻两点的时间间隔为ΔtA，则
设滑块A在碰撞前、后瞬时速度大小分别为v0、v1.将②式和题图(b)所给实验数据代入①式可得v0＝2.00 m/s③v1＝0.970 m/s④设滑块B碰撞后的速度大小为v2，由①式有
代入题给实验数据得v2≈2.86 m/s ⑥
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