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4节 验证动量守恒定律 合肥九中---孙磊 测出各物体的质量m1、m2和各物体碰撞前后的速v1、v2、v1'、v2’； 若等式m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′成立，则动量守恒定律得到验证 碰撞过程——内力远大于外力，符合动量守恒的近似守恒条件 问题2：需要测量哪些物理量？该如何测量？ 问题1：什么情境才能既满足动量守恒的条件，又比较容易地实现？ 利用天平测量质量;利用打点计时器或者光电门测量速度 问题3：怎样算是验证了动量守恒定律？ 气垫导轨 碰撞滑块 光电门 L 挡光条 导轨水平 实验器材：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。 方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 1.实验器材 2.实验原理 （1）质量的测量：天平称量出滑块质量m1，m2 （2）速度的测量： 利用公式 测出碰前m1的速度v1和碰后m1的速度v1´和m2的速度v2´ Δx—遮光条宽度 Δt—遮光条经过光电门的时间 （3）利用加重物来改变滑块的质量 方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 (4)不同碰撞情况的实现： 方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 3.实验步骤： (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。 (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。 (6)整理实验仪器，数据处理，寻找守恒量。 (5)改变滑块质量，重复步骤(4)。 (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在导轨上座匀速直线运动。 方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 4.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。 方案二：用平抛演示仪装置验证动量守恒定律 1.实验装置： 建立情境的器材：斜槽、铅锤、两个半径相同而质量不同的小球 采集信息的器材：白纸、复写纸、圆规 测量数据的器材：天平、刻度尺 将钢球从斜槽上某一位置由静止释放，记录下该位置。离开后小球做平抛运动，落点为P点。OP为钢球平抛位移。OP=v0t. 将玻璃球置于斜槽末端，将钢球从同一位置释放，和玻璃球碰撞后，均作平抛运动，落点分别为M点和N点，OM=v1t，ON=v2t. 由于平抛运动时间t相同，水平位移正比于速度。若动量守恒，有m1OP=m1OM+m2ON. 方案二：用平抛演示仪装置验证动量守恒定律 2.实验原理 本实验设计思想巧妙之处在于用长度测量代替速度测量。 3.实验步骤： 方案二：用平抛演示仪装置验证动量守恒定律 1. 先用天平称量出两个小球的质量mA、mB。 3. 在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸。 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。 4. 在白纸上记下重垂线所指的位置 O，它表示入射小球mA碰撞前球心的竖直投影点。 5. 先不放被碰小球，让入射小球从斜槽上同一位置处静止滚下，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，圆心就是入射小球不碰撞时的落地点。 m1 只有入射小球从固定点下落时的情况 实验过程动画模拟 O P 6. 把被碰小球放在斜槽轨道末端，让入射小球从同一位置静止滚下，使它们发生正碰，重复 10 次，同理求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。 7. 用刻度尺测出线段 OM、OP、ON 的长度，把两小球的质量和相应的水平位移数值代入m1OP＝m1OM＋m2ON，看等式是否成立。 m1 m2 碰撞前后的动态过程 M N O P 4.注意事项： 方案二：用平抛演示仪装置验证动量守恒定律 1.斜槽末端要切线要水平； 2.每次小球下滑要从同一位置处由静止释放； 3.要保证对心碰撞，两球必须大小相等； 4. 小球的诸多落点要用用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落点都圈在里面，该小圆的圆心即为小球的平均落点 ； 5. 入射小球的质量mA和被碰小球的质量mB的大小关系是mA > mB 。 【典例】如图所示为“验证动量守恒定律”实验装置的示意图，下面是本实验中涉及到的部分物理量∶ h∶入射球释放时的高度 H∶小球离开斜槽末端平抛的高度 OP、OQ、OR∶平抛的水平位移 （1）在以上几个量中必须测量的是OP、OQ、__________（填表示物理量的符号）。除这些量外，实验中还应测量的物理量是入射小球的质量m1和__________（用文字表述，并明确一个表示该量的符号）。 （2）实验最终要