第3节 科学验证：动量守恒定律（教学课件）物理鲁科版2019选择性必修第一册

鲁科2019 第3节 科学验证：动量守恒定律 高中物理选择性必修一 第1章 动量及其守恒定律 制作：沈雄斌 授课：东山二中高二物理 实验目的 （1）验证动量守恒定律 （2）体会将不易测量的物理量转换成易测量的物理量的实验设计思想 实验器材 实验原理与设计 质量分别为m1和m2的两个小球A、B发生正碰，若碰撞前球A的速度为v1，球B静止，碰撞后的速度分别为v1'和v2' ，根据动量守恒定律，应有: 可采用“平抛运动的特点”实验中测量平抛初速度的方法，设计实验装置如图1－27所示。 m1v1=m1v1' +m2v2' 用什么方法来解决速度的测量呢？ 让球A从同一位置C释放，测出不发生碰撞时球A飞出的水平距离lOP,再测出球A、B碰撞后分别飞出的水平距离lOM、lON,如图1－28所示。只要验证, m1lOP=m1lOM+m2lON 即可验证动量守恒定律。 A、B从相同高度做平抛运动，落地时间相同。 m1v1=m1v1' +m2v2' m1lOP=m1lOM+m2lON 实验步骤 数据分析 m1lOP≈m1lOM+m2lON 在误差允许的范围内： 实验结论 通过实验分析，在误差允许的范围内，实验数据满足 m1lOP＝m1lOM+m2lON，所以小球碰撞过程满足动量守恒定律。 误差分析 1、球A与球B发生碰撞时，球A与斜槽末端还有一段距离，会使球A碰前的速度与球A单独释放时运动到槽末端的速度不相等，造成测得球A碰前速度误差；同时还会使球A不能马上做平抛运动，造成碰后误差。 2、测量误差：小球质量和平抛水平距离的测量误差。 3、A、B球的碰撞可能非对心正碰。 改进：使A球碰后即做平抛。改进如图。其中小立柱D可以在小球碰后即自动右倒。测量时水平位移时球A与球B的平抛起点相差2r。 D 2r A B 改进：多次测量求平均值 改进：选择半径相同的小球 例题 某同学在做“验证动量守恒定律”的实验中，实验室具备的实验器材有：斜槽轨道，两个大小相等、质量不同的小钢球A、B，刻度尺，白纸，圆规，小铅锤。实验装置及实验中小球运动轨迹及落点平均位置如图甲所示。 (1)对于实验中注意事项、测量器材和需测量的物理量，下列说法中正确的是__________。 A．实验前轨道的调节应注意使槽末端的切线水平 B．实验中要保证每次A球从同一高度处由静止释放 C．实验中还缺少的测量器材有复写纸和秒表 D．实验中需测量的物理量只有线段OP、OM和ON的长度 A、B (2)若此实验中mA＝mB，小球落地点的平均位置距O点的距离如图乙所示，则实验中碰撞结束时刻两球动量大小之比pA∶pB＝__________(结果保留一位小数)。 (3)实验中若小球A的质量为m1，小球B的质量为m2，当m1＞m2时，实验中记下了O、M、P、N四个位置，若满足 (用m1、m2、OM、OP、ON表示)，则说明碰撞中动量守恒；若还满足____________________(只能用OM、OP、ON表示)，则说明碰撞前后动能也相等。 0.5 m1·OP＝m1·OM＋m2·ON OP＝ON－OM 例题 某实验小组用如图甲所示的气垫导轨验证动量守恒定律。主要实验步骤如下： ①用游标卡尺测量遮光条的宽度d，并将遮光条安装在滑块A上，用天平测出滑块A和遮光条的总质量mA； ②在滑块B的左端面粘上橡皮泥，用天平测出滑块B和橡皮泥的总质量mB； ③断开气源电源，调节螺旋C的高度，平衡摩擦力，将滑块A、B静置于导轨上图甲所示的位置； ④接通光电门，使光电计时器系统正常工作； ⑤给滑块A一个向右的初速度，滑块A通过光电门M后与滑块B碰撞，碰后两者粘在一起，通过光电门N，记下遮光条经过光电门M、N的遮光时间t1和t2； ⑥取下滑块A、B，断开气源电源，关闭光电计时器，整理器材。 (1)上述实验步骤中错误的是__________(填步骤前的序号)，该步骤应改正 为 ； (2)游标卡尺测量的遮光条宽度d如图乙所示，则d＝__________mm； (3)正确进行实验操作，若测量结果满足关系式：____________________(用题中所给物理量的字母表示)，则两个滑块的总动量守恒； (4)若两个滑块碰撞后的总动量略小于碰撞前的总动量，其可能的原因是_______________________________________________。 ③ 接通气源电源，调节螺旋C的高度，调节气垫导轨平衡，调节气垫导轨平衡后，将滑块A、B静置于导轨上图甲所示的位置。 9