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

1.系统动量守恒的条件是什么？ (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(近似条件） (4)系统在某一方向合力为零，则系统在这一方向上动量守恒.(单向条件) 内容回顾： 1 2.系统动量守恒定律的公式是什么？ (1)m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2' (2)m1∆v1= -m2∆v2 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？ 内容回顾： 因我们生活中常见的碰撞近似满足动量守恒的条件，故我们可以通过碰撞实验来验证动量守恒定律。 2 一、实验目的：验证动量守恒定律 二、实验原理：m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2' 1、从实验原理上来看，实验中我们需要测量哪些物理量？ 2、质量如何测量？ 3、速度如何测量？ 直接测量（打点计时器、光电门） 间接测量（根据速度与其他物理量间的关系，把测速度转换成测其他物理量。如：位移、角度等） 验证动量守恒定律： 利用打点计时器测速度 通过测量距离、时间来测速度 利用滑过的距离替代速度 利用平抛运动的水平位移代替速度 利用光电计时器测速度 利用摆球偏转角度代替速度 4 气垫导轨 碰撞滑块 光电门 L 挡光条 导轨水平 1、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 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 (4)不同碰撞情况的实现：（目的：使结论具有普遍性） 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 3.实验步骤： (1)用天平测出两滑块的质量，用刻度尺测出滑块上挡光片的宽度。 (2)安装好气垫导轨，调节导轨下面的调节旋钮，直到调至导轨水平。 (3)使两滑块依次按照以上三种方式，记录挡光时间，计算滑块碰撞前后的速度。 (4)数据处理，实验验证滑块碰撞前后动量守恒。 (5)整理仪器。 9 4.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。 方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 5.收集数据，填入表格： 质量m 速度v 次数 A滑块m1 B滑块m2 A碰前v1 B碰前v2 A碰后v'1 B碰后v'2 1 2 3 方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 11 6.实验验证和结论： 总动量 次数 碰前(m1v1+m2v2) 碰后(m1v1'+m2v2') 1 2 3 结论：在实验误差允许范围内，两滑块组成的系统动量守恒。 处理数据是是否必须计算出滑块的速度呢？ 方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 12 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 运动滑块A撞击静止滑块B，撞后两者粘在一起。 弹性碰撞架 mAv1=mA·v2+mBv3 mAv=(mA+mB)v共 0=mAvA-mBvB 方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 7.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。 方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 实验装置及器材 斜槽（末端水平） 两个小球 复写纸 白纸 天平、刻度尺、重垂线 方案二：用平抛碰撞时的动量守恒 h 斜槽末端切向水平 为防止A球反弹， m1＞m2 落点确定： P M N O m1 m2 实验原理 圆心即为小球平均落点 测出碰撞前后各球落点到O间的距离xOP、xOM、xON， 各球空中运动时间均相同，设为Δ t，可得速度为 测出小球落点的水平距离可根据平抛运动的规律计算出小球的水平初速度。 本实验设计思想巧妙之处在于用长度测量代替速度测量