第三节 动量守恒定律 第2课时 实验：验证动量守恒定律（教学课件）物理沪科版2020选择性必修第一册

第一章 动量 1.3动量守恒定律 第2课时 实验：验证动量守恒定律 【学习目标】 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. 一、实验原理 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′ 二、设计实验方案 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. 光电门 天平 宽度 (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.___________________________________________________________. 答案　见解析 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) 答案　见解析 滑块1碰撞之后的速度 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：____________________________________________. 答案　见解析 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 图2 (1)质量的测量：用　　测量. 天平 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. 静止 同一 m1·OP m1·OM＋m2·ON (4)器材：斜槽、两个大小相等而质量不等的小球、铅