1.4 实验：验证动量守恒定律 课件-2022-2023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 4.实验:验证动量守恒定律 教学目标 CONTENT 01 02 03 知道验证动量守恒定律实验的注意事项 知道验证过程中需要测量的物理量及其测量方法 知道验证动量守恒定律的实验方法有哪些 2 这些简单的或者复杂的运动中都包含着动量守恒定律这个自然界最常见的规律,能否用实验验证动量守恒定律? 新课引入 1.确定实验的研究系统; 2.如何使系统所受合外力为零; 3.需要测量的物理量. 实验探究 实验思路 一 实验探究 两物体的质量m1、 m2 两物体碰撞前后各自速度v1、v1′、v2、v2′ 物理量的测量、数据分析 二 碰撞前后总动量是否守恒,即 m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′ 需要测量的量 检验 研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 实验器材 实验设计 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。 利用气垫导轨使两滑块发生一维碰撞,如图所示: 实验探究 实验方案 三 L 1. 质量的测量:用天平测量。 2. 速度的测量: ,式中 Δx 为滑块上挡光片的宽度, Δt 为数字计时器显示的滑块上挡光片经过光电门的时间。 3. 各种碰撞情景的实现: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,利用滑块上加重物的方法改变碰撞物体的质量。 一个运动滑块撞击静止等质量滑块,(mAv+mB·0=mA·0+mBv) 两者交换速度,总动量不变。 一个运动滑块撞击静止滑块,撞后两者粘在一起,总动量不变。mAv=(mA+mB)v共 两个静止等质量滑块被弹簧片弹开,一个向左,一个向右,总动量依然为零。(0=mAv-mBv) 在一维碰撞中,测出物体的质量m和碰撞前后物体的速度、 ′, 找出碰撞前的动量 p = m1+ m22 及碰撞后的动量 p′ = m11′ + m22′ , 看碰撞前后动量是否守恒。 实验原理 研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 实验器材 斜槽、大小相等而质量不同的小球两个、重垂线一条、白纸、复写纸、天平、刻度尺、圆规、三角板等。 实验步骤 (1)用天平分别测出半径相同的两小球的质量m1m2,并选定质量大的小球为入射小球。 (2)按图所示安装实验装置.调整固定斜槽使斜槽末端的切线要水平。 (3)在地面上铺一张白纸,白纸上铺放复写纸。 (4)在白纸上记下重垂线所指的位置O,它表示入射小球碰前的位置。 (5)先不放被碰小球,让入射小球从斜槽上同一高度处滚下,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。圆心就是入射小球无碰撞时的落地点P。 (6)把被碰小球放在轨道末端,让入射小球从同一高度滚下,使它们发生正碰,重复10次,按照步骤(5)的方法找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。 P M N O m1 m2 (7)过 O、N在纸上作一直线,用刻度尺量出线段OP、OM、ON的长度,把两小球的质量和相应位置的数值代入 m1 OP = m1 OM + m2 ON,看是否成立。 = OP = m2 ON 例.如图所示,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。 -11- (1)实验中,直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的,但是,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h B.小球抛出点距地面的高度H C.小球做平抛运动的射程 典例精析 C -12- (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Q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Q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、m2 B.测量小球m1开始释放高度h C.测量抛出点距地面的高度H D.分别找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、N E.测量平抛射程OM、ON (3)若两球相碰前后的动量守恒,其表达式可表示为 (用(2)中测量的量表示); 若碰撞是弹性碰撞,那么还应满足的表达式为 (用(2)中测量的量表示)。 ADE m1·=m1·+m2· m1·=m1·+m2· -13- 解析:(1)小球碰前和碰后的速度都用平抛运动来测定,即v=。 而由H=gt2知,每次竖直高度相等,平抛时间相等。即m1=m1+m2; 则可得m1·=m1·+m2·。故只需测射程,因而选C。 (2)由表达式知,在已知时,需测量m1、m2、,故必要步骤为A、D、E。 (3)若两球相碰前后的动量守恒,其表达式可表示为m1·=m1·+m2·, 若为弹性碰撞同时满足机械能守恒,则 一、实验思路 二、物理量的测量、数据分析 三、