1.4实验：验证动量守恒定律-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 1.4实验：验证动量守恒定律 复 习 1.系统动量守恒的情形有哪些？ 系统不受外力或者所受外力的矢量和为零 理想条件 m1 v1 + m2v2 = m1 v1'+ m2 v2' 系统内物体之间的内力远远大于外力 系统在某一方向上合外力为零 近似条件 单向条件 2.动量守恒定律的表达式是什么？ 如何通过实验来加以验证呢？ 新课讲授 一、实验思路 碰撞——时间极短，内力远大于外力，可认为碰撞前后系统动量守恒。 1.生活中什么样的情景满足动量守恒的条件？ 2.如何实现一维碰撞并测出物体的速度？ m1 v1 + m2v2 = m1 v1'+ m2 v2' v1 v1/ m1 v2/ m2 m1 m2 如何实现一维碰撞并测出物体的速度？你想到了什么场景？ 二、实验方案——研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 1.实验器材：气垫导轨、光电门、天平、两个滑块（带挡光片）、砝码、弹簧、细绳、弹性碰撞架、撞针、橡皮泥。 2.物理量的测量: 质量：用天平测量滑块的质量 速度：利用公式 ，式中d为挡光片的宽度,Δt为计时器显示的挡光片经过光电门所对应的时间。 m1 v1 + m2v2 = m1 v1'+ m2 v2' 二、实验方案——研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 如何实现不同的碰撞？ 在滑块上加重物可改变碰撞物体的质量 可以实现质量相同/不同的物体相碰，可以实现碰后分开/不分开...... 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)使两滑块依次按照不同的方式碰撞，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。 气垫导轨为什么调至导轨水平？如何判断？ 如果物体碰撞后的速度方向与原来的方向相反，应该怎样记录？ 质量不同的滑块，碰撞后分开 质量不同的滑块，碰撞后不分开 气垫导轨已经调成水平，两个滑块A、B分别静置在气垫导轨上，在滑块A的右侧以及滑块B的左侧都安装了弹簧片，在滑块A、B的上方安装了宽度相同的遮光片。C、D为固定在气垫导轨上的光电门传感器，与它们相连的计算机可以记录遮光片经过光电门的遮光时间。某同学进行的实验步骤如下：①测量滑块A、B的质量(含弹簧片及遮光片)，分别记为mA、mB；②测量滑块A、B上遮光片的宽度，记为d；③给滑块A一个向右的瞬时冲量，观察滑块A的运动情况及A、B两滑块在相碰后各自的运动情况；④读取滑块A第一次经过光电门C的时间为t1、滑块B经过光电门D的时间为t2，滑块A第二次经过光电门C的时间为t3。回答下列问题：(1)为保证本实验成功，滑块A的质量应________(填“大于”“等于”或“小于”)滑块B的质量；(2)碰撞后滑块A的速度大小为________；(用题中涉及的物理量符号表示)(3)若关系式__________________________________成立，则碰撞过程中，滑块A、B组成的系统动量守恒。(用题中涉及的物理量符号表示) 研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 1.实验器材：斜槽、同体积的钢球两个、重垂线、白纸、复写纸、天平、刻度尺、圆规。 2.物理量的测量: 质量：用天平测量滑块的质量 速度的测量可转化为水平位移的测量 速度如何测量？ 3.实验步骤： (1)用天平测出两个小球的质量，并选定质量大的小球为入射小球。 (2)安装实验装置，使斜槽末端水平，小球能够静止在斜槽末端则说明槽口末端水平。 (3)在地面上适当位置铺放白纸，白纸上铺复写纸，记下斜槽末端铅垂线所指的位置O。 (4)不放被碰小球,让入射小球从斜槽上某固定高度滚下,重复多次。用尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面,圆心P就是小球落点的平均位置。 (5)把被碰小球放在斜槽末端,让入射小球从同一高度滚下,使它们发生碰撞,重复实验多次。类似找出碰后入射小球落点的平均位置M和被碰小球的落点的平均位置N。 (6)连接ON,测量线段OP、OM、ON的长度。将测量数据填入表中。 圆心即为小球平均落点 研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 注意事项： (1)斜槽末端点的切线要水平。 (2)入射小球的质量大于被碰小球的质量。 (3)每次入射小球在斜槽上同一高度自由滚下。 (4)白纸铺好后不能移动。 某实验小组的同学们用图甲装置做验证动量守恒定律实验，即研究两个小球碰撞前、后的动量关系。 (1)实验中，直接测定小球碰撞前、后的速度是不容易的。同学们经过分析讨论，发现________________，因此可以用水平位移间接地来代替小球碰撞前、后的速度。 (2)图甲中O点是小球抛出点在水平地面上的垂直投影点。实验时，先将入射球A(质量为m1)多次从斜轨上S位置由静止释放，找到其平均落地点的位置P(图中未画出)，测量水平位移x1；然后把被碰小球B(质量为m2)静置于轨道的水平末端，再将入射小球A从斜轨上S位置由静止释放，与小球B相撞，找到A、B相碰后各自平均落地点的位置，并分别测量其水平位移x2、x3。多次重复本实验步骤，以减小实验误差。 (3)同学们在实验中正确操作，认真测量，得出的落点情况如图乙所示。通过分析可知，落点P为图乙中的位置________(填“1”“2”或“3”)，若两球相碰前、后的动量守恒，则m1∶m2＝________。 (1)小球做平抛运动的时间相同　(3)2　6∶1 完成上述实验后，某实验小组对装置进行了改造，如图丙所示。在水平槽右方竖直固定一木板，使小球A从斜槽上C点由静止滚下，重复上述实验的操作，得到两球落在木板上的平均落点M、P、N。用刻度尺测量木板上与点B等高的点B′到M、P、N三点的高度差分别为L1、L2、L3。则验证两球碰撞过程中动量守恒的表达式为________(用所测物理量的字母表示)。 小华在验证动量守恒定律时，利用在斜面上的两小车a、b碰撞过程来完成：如图丙所示，小车a的前端粘有质量不计的橡皮泥，在小车a后连着纸带，纸带通过电磁打点计时器，长木板下垫着小木块，开始时未放小车b，移动长木板下的小木块，轻推小车a，直到纸带上打下的点迹__________(填“均匀”或“不均匀”)。然后在小车a的前方放置一个与a材料相同的静止小车b，推动小车a使之运动，之后与小车b相碰并粘合成一体，若测得实验中某条打点的纸带如图丁所示，O为运动的起点，x1、x2、x3、x4分别为OA、AB、BC、CD的长度，设a的质量为ma、b的质量为mb，要验证碰撞过程中动量守恒，则要验证的关系为__________________________(用ma、mb、x1、x2、x3、x4中合适的量来表示)。 均匀　ma x2＝(ma＋mb) x4 Thank You