1.4 实验：验证动量守恒定律（教学课件）-【上好课】高二物理同步高效课堂（人教版2019选择性必修第一册）

第四节 实验：验证动 量守恒定律 主讲老师： 20XX.XX.XX 目录 03 数据分析 01 02 物理量的测量 实验思路 04 方案设计 1.系统动量守恒的条件是什么？ 课堂引入 (1)系统不受外力；(理想条件) (2)系统受到外力，但外力的合力为零；(实际条件) (3)系统所受外力合力不为零，但系统内力远大于外力，外力相对来说可以忽略不计，因而系统动量近似守恒；(近似条件） (4)系统总的来看虽不符合以上三条中的任何一条，但在某一方向上符合以上三条中的某一条，则系统在这一方向上动量守恒.(单向条件) 2.系统满足动量守恒定律的公式是什么？ 课堂引入 上一节课我们分别通过动量定理和牛顿运动定律两个不同的角度，理论上证明了动量守恒定律，那么我们如何通过实验来加以验证呢？ 第一部分：实验思路 一、实验思路 问题：生活中什么样的过程可以尽可能的满足动量守恒的条件？ 碰撞过程——尽管生活中碰撞的物体所受合外力不能为零，但在这一过程中往往内力远大于外力，我们可以近似认为碰撞满足动量守恒定律的条件。   A B m1 m2 m1 m2 m1 m2 A B 第二部分：物理量的测量 二、物理量的测量 1.根据动量守恒定律的表达式：m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'，实验中我们需要测量哪些物理量？ （1）测量物体的质量：m1和m2 （2）测量物体碰撞前后的速度：v1、v2、v1'、v2' 2.如何测两个物体的质量？ 物体质量可用天平直接测量 3.如何测量物体碰撞前后的速度？根据你所学以往知识能说出几种？ （1）利用打点计时器测速 （2）利用光电门测速 （3）利用机械能守恒定律测速 （4）利用平抛运动测速 第三部分：数据分析 三、数据分析 利用碰撞进行验证动量守恒定律时，在数据分析上会存在哪些困难，我们如何设计实验才能方便数据分析？ 动量是矢量，在计算两物体碰撞前后动量之和时可能设计用到平行四边形法则，这在计算上难度大，为了减少数据分析困难，我们可以利用碰撞前后物体都在同一直线上运动（一维碰撞问题）。   A B m1 m2 m1 m2 m1 m2 A B 第四部分：方案设计 （一）实验器材 可供选择的实验器材： 打点计时器 刻度尺 气垫导轨 铁架台 斜槽 光电门 学生电源 重锤线 滑块（带遮光板） 白纸 复写纸 钢球 塑料球 长1m的细绳 长木板 纸带 圆规 照相机 弹性碰撞架 弹簧和弹簧片 天平 砝码 撞针 橡皮泥 你是否可以从以上器材中选择其中的一些，设计除符合要求的实验方案来？ （二）方案设计 方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 实验器材 设计思路 （1）如何调整使系统合外力为0？ （2）实验得到什么样的结果说明系统动量守恒？ （二）方案设计 实验步骤 (1)用天平测量两滑块的质量m1、m2，填入预先设计好的表格中。 (2)安装光电门，使两个光电门之间的距离约为50cm。 (3)导轨通气后，调节气垫导轨水平，使滑块在气垫导轨上保持不动或匀速直线运动。 (4)使两滑块依次发生上图三种碰撞情况，计算滑块碰撞前后的速度。 (5)改变滑块质量，重复步骤(4)。 (6)整理实验仪器，数据处理，寻找守恒量。 弹性碰撞架 （二）方案设计 （二）方案设计 （二）方案设计 （二）方案设计 实验数据记录与处理 mA＞mB , 运动滑块A撞击静止滑块B。 两静止滑块被弹簧弹开，一个向左，一个向右 弹性碰撞架 mAv1=mA·v2+mBv3 mAv=(mA+mB)v共 0=mAvA-mBvB 运动滑块A撞击静止滑块B，撞后两者粘在一起。 （二）方案设计 比较项 前 后 质量 m1 m2 m1 m2         时间 t1 t2 t1' t2'         之和     实验数据记录与处理 实验结论 在实验误差允许范围内，碰撞前后两个小车的动量守恒。 （二）方案设计 注意事项 （1）保证是一维碰撞。 （2）气垫导轨是一种精度较高的现代化教学仪器。切忌振动、重压，严防碰伤和划伤，绝对禁止在不通气的情况下将滑行器在轨面上滑磨。调整水平时注意利用水平仪。 （3）由于碰撞的情形很多，猜想的不变量只有在各种方案中都不变才能符合要求，成为实验结论。 （4）考虑到速度的矢量性，记录数据时应规定正方向。若速度方向与规定的正方向相同，则速度取正值，若速度方向与规定方向相反，则取负值。 （二）方案设计 方案二：用平抛演示仪装置验证动量守恒定律 实验器材 设计思路 （1）该实验动量守恒的条件是什么？ （2）实验得到什么样的结果说明系统动量守恒？ （二）方案设计 实验步骤 (1)先用天平称量出两个小球的质量m1、m2。 (2)安装好实验装置，注意使实验器的斜槽末端点的切线水平。 (3)在地上铺