1.4 实验 验证动量守恒定律 课件 -2021-2022学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

第一章 动量守恒定律 1.4 实验 验证动量守恒定律 本节课我们将通过实验验证动量守恒定律。 答：系统不受外力，或者所受外力的矢量和为0。 动量守恒定律的适用条件是 ？（学生回答） 我们生活中的物体受到各种力的作用，有时难以满足这种理想化的条件。 但是，在某些情况下，可以近似满足动量守恒的条件 想一想，满足上述条件的过程有哪些？ 实验思路 我们可以考虑物体发生碰撞的情况。两个物体在发生碰撞时，作用时间很短。根据动量定理，它们的相互作用力很大。如果把这两个物体看作一个系统，那么，虽然物体还受到重力、支持力、摩擦力、空气阻力等外力的作用，但是其中有些力的矢量和为0，有些力与系统内两物体的相互作用力相比很小。因此，可以近视认为碰撞满足动量守恒定律的条件。 实验思路 我们研究最简单的情况：两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿这条直线运动。即一维碰撞 1、实验中哪些物体组成了要研究的系统？ 你也可以考虑其他符合动量守恒条件的情形来验证动量守恒定律，在设计实验时应着重考虑如下问题： 2、如何创造实验条件，使系统所受外力的 矢量和近似为0 3、需要测量哪些物理量？ 实验思路 物理量的测量 研究对象确定后，还需要明确所需测量的物理量和实验器材。根据动量的定义，很自然地想到，需要测量物体的质量，以及两个物体发生碰撞前后各自的速度。 物体的质量可用天平直接测量。速度的测量可有哪些方式呢？（你知道吗？） 速度的测量可以根据所选择的具体实验方案来确定（参见后面的参考案例）。 数据分析 根据选定的实验方案设计实验数据记录表格。选取质量不同的两个物体进行碰撞，测出物体的质量（m1，m2）和碰撞前后的速度（v1，v1′，v2，v2′） 分别计算出两物体碰撞前后的总动量，并检验碰撞前后总动量的关系是否满足动量守恒定律，即是否满足： m1v1 ＋ m2v2＝m1v1′＋ m2v2′ 参考案例 1 研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 本案例中，我们利用气垫导轨来减小摩擦力，利用光电计时器测量滑块碰撞前后的速度。实验装置如图 1.4-1 所示。可以通过在滑块上添加已知质量的物块来改变碰撞物体的质量。 气垫导轨 碰撞滑块 光电门 L 挡光条 测出滑块经过光电门的时间t，挡光条的宽度为L， 则滑块匀速运动的速度为 导轨水平 测速原理1：光电门测速 参考案例 1 本实验可以研究以下几种情况。 1. 选取两个质量不同的滑块，在两个滑块相互碰撞的端面装上弹性碰撞架（如下图），滑块碰撞后随即分开。 参考案例 1 本实验可以研究以下几种情况。 2. 在两个滑块的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥（如下图），碰撞时撞针插入橡皮泥中，使两个滑块连成一体运动。如果在两个滑块的碰撞端分别贴上尼龙拉扣，碰撞时它们也会连成一体（粘碰） 参考案例 1 本实验可以研究以下几种情况。 3. 原来连在一起的两个物体，由于相互之间具有排斥的力而分开，这也可视为一种碰撞。这种情况可以通过下面的方式实现。 参考案例 1 在两个滑块间放置轻质弹簧，挤压两个滑块使弹簧压缩，并用一根细线将两个滑块固定。烧断细线，弹簧弹开后落下，两个滑块由静止向相反方向运动（如下图 ） 请思考： 1. 气垫导轨是否需要调成水平？你如何判别 已调成水平 2. 如果物体碰撞后的速度方向与原来的方向相反，应该怎样记录？ 3. 以上各种情况中，碰撞前后物体的动能之和有什么变化？设法检验你的猜想。 动量守恒，动能不变 → 弹性碰撞 动量守恒，动能减小 → 完全非弹性碰撞 动量守恒，动能增了，但系统机械能不变 → 弹性碰撞 动量守恒，动能减小 → 非弹性碰撞 参考案例 2 研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 本案例中，我们研究两个小球在斜槽末端发生碰撞的情况 实验装置如图所示。将斜槽固定在铁架台上，使槽的末端水平。让一个质量较大的小球（入射小球）从斜 槽上滚下，跟放在斜槽末端的另一个大 小相同、质量较小的小球（被碰小球）发生正碰。 参考案例 2 研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 使入射小球从斜槽不同高度处滚下，测出两球的质量以及它们每次碰撞前后的速度，就可以验证动量守恒定律 参考案例 2 研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 小球的质量可以用天平来测量。怎样测量两球碰撞前后瞬间的速度呢？ 考虑到两个小球碰撞前后瞬间的速度方向都是水平的，因此，两球碰撞前后的速度，可以利用平抛运动的知识求出 h 斜槽末端切向水平 测出碰撞前后各球落点到O间的距离xOP、xOM、xON， 各球空中运动时间均相同，设为 t，可得速度为 为防止m