1.4 实验：验证动量守恒定律 课件 -2023-2024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 第4节 实验：验证动量守恒定律 ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++高中物理2019人教版-选择性必修第一册-BHGZWL LXJ ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ 知识回顾 1、动量守恒定律的内容？ 如果一个系统不受外力，或者所受外力的矢量和为0，这个系统的总动量保持不变。 2、动量守恒定律的表达式？ p＝p ′ 或 m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′ 3、动量守恒的条件？ ① 系统不受外力或所受合外力为零 ② 合外力不为零，但内力≫外力，且作用时间极短，如爆炸，碰撞等。 ③ 系统在某一方向上合外力为零，可认为系统在该方向上动量守恒。 一、实验思路 1、为了方便实验与计算，应该设计那种情景验证动量守恒定律？ 碰撞 为了简便，可使两个物体碰撞前后均沿同一直线运动（一维碰撞）。 2、实验中需要测量哪些物理量？ ① 物体的质量: m1 和m2 ② 物体碰撞前后的速度: v1、v2、v1'、v2' 想一想：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 利用平抛运动测速 …… 二、方案设计 （一）、气垫导轨光电门法 ①利用气垫导轨来减小摩擦力。 ②利用光电计时器测量滑块碰撞前后的速度。 ③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。 想一想：气垫导轨是否需要调成水平？ 实验时气垫导轨需要调成水平，使物块在导轨上能做匀速直线运动。 （一）、气垫导轨光电门法 本实验可以研究以下几种情况的碰撞： 碰撞后分开 碰撞后连成一体 分裂为两部分 向相反方向运动 原来连在一起的物体由于有相互斥力而分开，这也是一种碰撞 （一）、气垫导轨光电门法 碰撞情况Ⅰ: 碰撞后分开 运动滑块A撞击静止滑块B（mA＞mB ） 弹性碰撞架滑 mAv1=mA·v2+mBv3 碰撞情况Ⅱ: 碰撞后连成一体 （一）、气垫导轨光电门法 运动滑块A撞击静止滑块B，撞后两者粘在一起。 mAv=(mA+mB)v共 （一）、气垫导轨光电门法 碰撞情况Ⅲ: 分裂为两部分，向相反方向运动 两个滑块间放置一轻质弹簧，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。 0=mAvA-mBvB （一）、气垫导轨光电门法 注意事项： ① 实验之前需要将气垫导轨调节水平； ② 实验时应该确保发生的是一维碰撞； ③ 记录数据时应规定正方向，若速度方向与规定方向相反，则取负值。 误差分析： (1)碰撞可能不是精确的一维碰撞。 (2)碰撞中其他力(例如：摩擦力、空气阻力等)的影响带来的误差。 (3)测量和读数的准确性带来的误差，实验中应规范测量和读数，同时增加测量次数，取平均值，尽量减小偶然误差的影响。 （二）、平抛运动法 1、思路: 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。 小球碰撞前后瞬间的速度方向都是水平的，由平抛知识有： v1=x1/t v1′=x1′/t v2=x2/t 可以不测速度的具体数值，用水平位移x代替速度进行验证。 本实验设计思想巧妙之处在于用长度测量代替速度测量。 思想方法：等效替代 2、物理量的测量: 小球质量 —— 用天平测量 碰撞前后瞬间的速度 —— 用平抛知识求出 （二）、平抛运动法 3、实验要点: ① 为防止入射球反弹，选质量大的小球为入射小球（m1＞m2 ） ② 为保证对心碰撞，两球的半径应相等（r1=r2） ③ 安装实验装置时，应使斜槽末端水平。 ④ 为便于确定小球水平位移，可用铅垂线记录斜槽末端在水平地面投影的位置（O 点位置）；在水平地面上适当位置铺放白纸，在白纸上铺放复写纸 ，确定小球落点的位置。 ⑤ 每次小球下滑要从同一位置处由静止释放，用球心在水平地面的投影点到平均落点的距离表示小球的水平位移。 圆心为小球平均落点 （二）、平抛运动法 思考与讨论： ① 使用的斜槽必须要光滑吗? ② 实验中需要测量时间吗？需要测量桌面的高度吗？ ③ 怎么分清图中的三个落点？ ④ 请写出验证关系式。 验证动量守恒定律 2、数据测量：由m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2' 知，需测质量和速度 3、实验方案： 1、实验思路： 利用一维内力远大于外力碰撞的方式，验证动量守恒 ① 气垫导轨光电门法 ② 平抛运动法 课堂小结 1．现用如图所示装置验证动量守