1.4 实验：验证动量守恒定律（课件PPT)-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年新教材高中物理选择性必修第一册（人教版2019）

第一章　动量守恒定律 第4节　实验验证动量守恒定律 课件使用说明 本课件使用Office2016制作，请使用相应软件打开并使用。 本课件文本框内容可编辑，单击文本框即可进行修改和编辑。 本课件理科公式均采用微软公式制作，如果您是Office2007或WPS 2021年4月份以前的版本，会出现包含公式及数字无法编辑的情况，请您升级软件享受更优质体验。 由于WPS软件原因，少量电脑可能存在理科公式无动画的问题，请您安装Office 2016或以上版本即可解决该问题。 [学习目标] 1. 通过研究气垫导轨上滑块碰撞实验验证动量守恒定律 （科学探究）.2.通过研究斜槽末端小球碰撞实验验证动量守 恒定律（科学探究）.3.了解实验原理，学会用不同的方法处 理实验数据（科学思维）. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 课前·教材预案 课堂·深度探究 课末·随堂演练 课时作业（六） 1. 实验目的：验证 过程中的动量守恒. 2. 实验原理 在一维碰撞的情况下，设两个物体的质量分别为m1、m2，碰撞 前的速度分别为v1、v2，碰撞后的速度分别为v'1、v'2，若系统 所受合外力为零，则系统的动量守恒，即m1v1＋m2v2＝ ⁠ ⁠. 碰撞　 m1v'1 ＋m2v'2　 课前　教材预案 知识点1　实验思路 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 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：气垫导轨、数字计时器、天平、滑块（两 个）、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等. 2. 实验原理 知识点2　实验方案 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 （1）用天平测量两滑块的质量m1、m2. （2）调整导轨使之处于水平状态，并使数字计时器系统正常 工作. （3）利用数字计时器测量滑块碰撞前后的速度. （4）验证表达式m1v1'＋m2v2'＝m1v1＋m2v2，是否成立. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 方案二　研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 1. 实验器材：铁架台，斜槽轨道，两个大小相等、质量 ⁠ 的小球，铅垂线，复写纸，白纸， ， ⁠ ，圆规，三角板等. 2. 实验的基本思想——转化法 不易测量量转化为易测量量的实验设计思想. 不 同　 天平　 刻度 尺　 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 3. 实验原理：如图甲所示.让一个质量较大的小球从斜槽上某 一位置由静止滚下，与放在斜槽末端的另一个大小相同、质量 较小的小球发生正碰，之后两小球都做 运动. 　 平抛　 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 （2）速度的测量：由于两小球下落的高度相同，所以它们的 飞行时间 .如果用小球的飞行时间作时间单位，那么 小球飞出的水平距离在数值上就等于它的水平 .因 此，只需测出两小球的质量m1、m2和不放被碰小球时入射小球 落地时飞行的水平距离sOP，以及碰撞后入射小球与被碰小球 落地时飞行的水平距离sOM和sON. （1）质量的测量：用 测量质量. 天平　 相同　 速度　 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 4. 数据分析：若在实验误差允许的范围内，m1sOP＝ ⁠ ，即可验证动量守恒定律. m1sOM＋ m2sON　 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 1. 前提条件：保证两物体发生的是一维碰撞，即两物体碰撞 前、后均沿同一直线运动. 2. 方案提醒 （1）若利用气垫导轨进行验证，造成实验误差的主要原因是 存在摩擦力，所以调整气垫导轨时，应注意利用水平仪确保导 轨 ⁠. （2）若利用斜槽末端小球碰撞验证： ①斜槽末端的切线必须 ⁠. 水平　 水平　 知识点3　注意事项 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 ②入射小球每次都必须从斜槽 高度由 释放. ③选质量较 的小球作为入射小球. ④入射小球半径 被碰小球半径. ⑤为了减小误差，需要找到不放被碰小球及放被碰小球时小球 落点的 位置.为此，需要让入射小球从同一高度多次 滚下，进行多次实验. ⑥实验过程中实验桌、斜槽、记录的白纸的位置要始终保持 不变. 同一　 静止　 大　 等于　 平均　 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 考点1　验证气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 1. 本实验碰撞前、后速度大小的测量采用极限法，v＝＝ ，其中d为挡光板的宽度. 2. 注意速度的矢量性：规定一个正方向，碰撞前后滑块速度 的方向跟正方向相同时即为正值，跟正方向相反时即为负值， 比较m1v1＋m2v2与m1v'1＋m2v'2是否相等，应该把速度的正负号 代入计算. 课堂　深度探究 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 3. 造成实验误差的主要原因是存在摩擦力.利用气垫导轨进行 实验，调节时确保导轨水平. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 【例题1】某同学利用气垫导轨做验证动量守恒定律的实验， 气垫导轨装置如图所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、 弹射架、光电门等组成. 下面是实验的主要步骤： ①安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平； ②向气垫导轨通入压缩空气； 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 ③接通数字计时器； ④把滑块2静置于气垫导轨上光电门1、2之间某一位置； ⑤滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳； ⑥释放滑块1，滑块1通过光电门1后与左侧带有固定弹簧（未 画出）的滑块2碰撞，碰撞后滑块2和滑块1依次通过光电门2； ⑦读出滑块通过光电门的挡光时间，滑块1通过光电门1的挡光 时间为Δt1，通过光电门2的挡光时间为Δt2，滑块2通过光电门2 的挡光时间为Δt3； ⑧测出挡光板的宽度为d，两滑块质量分别为m1、m2. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 回答以下问题 （1）两滑块质量之间的关系：m1 　　m2（选填“大于”“小 于”或“等于”）. 解析：（1）为了保证滑块1与滑块2碰撞后不反弹，继续向前 运动，则两滑块质量之间的关系为m1大于m2. 答案：（1）大于 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 （2）如何判断气垫导轨调节为水 平： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　. 解析：（2）打开喷气装置，给滑块一定的初速度，若滑块经过前、后两个光电门的时间相等，则认为气垫导轨水平. 答案：（2）见解析 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 （3）若满足 　　　　　　　　，则说明碰撞过程中动量守恒. 解析：（3）滑块1经过光电门1的速度为v1＝， 滑块1经过光电门2的速度为v2＝， 滑块2经过光电门2的速度为v3＝， 若碰撞过程动量守恒，则有m1v1＝m1v2＋m2v3， 联立可得m1＝m1＋m2，即＝＋. 答案：（3）＝＋ 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 【变式1】在用气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”实验时， 左侧滑块质量m1＝170 g，右侧滑块质量m2＝110 g，挡光片宽 度为3.00 cm，两滑块之间有一压缩的弹簧片，并用细线连在 一起，如图所示.开始时两滑块静止，烧断细线后，两滑块分 别向左、右方向运动.挡光片通过光电门的时间分别为Δt1＝ 0.32 s，Δt2＝0.21 s.设向右为正方向，则两滑块的速度分别为 v'1＝ 　　m/s，v'2＝ 　　m/s.烧断细线前m1v1＋m2v2 ＝ 　　kg·m/s，烧断细线后m1v'1＋m2v'2＝ 　　kg·m/s.可得到 的结论是 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 解析：由平均速度公式可得 v1'＝ m/s≈0.094 m/s，v2'＝ m/s≈0.143 m/s， 设向右为正方向，因烧断细线之前，两物体均静止， 故烧断细线前的动量为零； 烧断细线后的动量为 0.17×（－0.094） kg·m/s＋0.11×0.143 kg·m/s＝ －2.5×10－4 kg·m/s， 在实验允许的误差范围内，两滑块质量与各自速度的乘积之和 为不变量. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 答案：0.094　0.143　0　－2.5×10－4　在实验允许的误差范 围内，两滑块质量与各自速度的乘积之和为不变量 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 本实验应注意： （1）入射小球的质量m1大于被碰小球的质量m2（m1＞m2）. （2）入射小球的半径等于被碰小球的半径. （3）入射小球每次必须从斜槽上同一高度处由静止滚下. （4）斜槽末端的切线水平. 考点2　验证斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 （5）为了减小误差，需要找到不放被碰小球及放被碰小球时 小球落点的平均位置.为此，需要让入射小球从同一高度多次 由静止滚下，进行多次实验，然后用圆规画尽量小的圆把所有 的落点都圈在里面，其圆心即为小球落点的平均位置. （6）不需要测量速度的具体数值.因平抛运动高度相同，下落 时间相等，速度的测量可转换为水平距离的测量. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 【例题2】实验小组用如图所示实验装置研究两小球碰撞过程 的动量和能量.先让质量为m1的A球从斜槽轨道上固定位置S释 放，从轨道末端抛出，落到位于水平地面的复写纸上，O点为 轨道末端在纸上的投影点.多次重复上述过程，得到多个落点 痕迹.画最小的圆，取圆心P为A球的平均落点.把半径相同， 质量为m2的B球放在斜槽轨道末端，让A球仍从位置S释放，与 B球碰撞后抛出，分别落在水平地面的复写纸上，多次重复上 述过程，得到A球的平均落点为M，B球的平均落点为N. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 （1）下列说法正确的是 　　. A. 斜槽轨道必须光滑 B. 斜槽轨道末端必须水平 C. A球必须由静止释放 D. A球质量必须小于B球质量 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 解析：（1）实验要求每次入射小球到达轨道末端的速度相 同，与斜槽轨道是否光滑无关，选项A错误；为了保证小球抛 出时做平抛运动，斜槽轨道末端必须水平，选项B正确；A球 必须由静止释放，才能保证到达轨道末端的速度相同，选项C 正确；A球质量必须大于B球质量，才能保证碰后两者的速度 均向右，选项D错误. 答案：（1）BC 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 （2）用刻度尺测量出OP、OM、ON的长度xOP、xOM、xON， 若满足关系式 　　（用物理量xOP、xOM、xON、m1、m2表 示），则可以认为两球碰撞前、后总动量守恒. 解析：（2）两球离开斜槽末端后做平抛运动，它们在空中运动的时间相等，由动量守恒定律可得m1v0＝m1v1＋m2v2，即有m1v0·t＝m1v1·t＋m2v2·t，可得m1xOP＝m1xOM＋m2xON. 答案：（2）m1xOP＝m1xOM＋m2xON 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 【变式2】在做“碰撞中的动量守恒定律”实验中： 　 （1）本实验中不需要用到的测量仪器或工具有 　　. A. 圆规 B. 秒表 C. 刻度尺 D. 天平 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 解析：（1）小球碰撞过程系统动量守恒，以向右为正方向， 由动量守恒定律得m1v0＝m1v1＋m2v2，两球离开斜槽后做平抛 运动，由于两球抛出点的高度相等，它们在空中的运动时间t 相等，则有m1v0t＝m1v1t＋m2v2t，即为m1OP＝m1OM＋m2ON， 实验需要用圆规确定小球落地位置；需要用刻度尺测量小球的 水平位移，需要用天平测小球质量，不需要的实验器材是秒 表，选项B正确. 答案：（1）B 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 （2）必须要求的条件是 　　. A. 斜槽轨道末端的切线必须水平 B. 要测量小球平抛的初速度 C. 入射球每次必须从轨道的同一位置由静止滚下 D. 入射球和被碰球的质量必须相等，且大小相同 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 解析：（2）小球离开斜槽后做平抛运动，斜槽轨道末端的切线必须水平，选项A正确；小球离开轨道后做平抛运动，小球的水平位移与其初速度成正比，可以用小球的水平位移代替其初速 度，实验不需要测量小球平抛的初速度，选项B错误；为保证 入射小球到达斜槽末端时的速度相等，入射球每次必须从轨道 的同一位置由静止滚下，选项C正确；为防止入射球反弹，入 射球的质量应大于被碰球的质量，选项D错误. 答案：（2）AC 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 解析：（3）碰撞过程系统动量守恒，则有m1OP＝m1OM＋m2ON，代入数据得m1×0.255＝m1×0.155＋m2×0.500，解得m1∶m2＝5∶1. 答案：（3）5∶1 （3）某次实验中得出的落点情况如图所示，假设碰撞过程中 动量守恒，则入射小球质量m1和被碰小球质量m2之比 　　. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 【例题3】如图所示，在实验室用两端带有竖直挡板C和D的气 垫导轨和有固定挡板的质量都是M的滑块A和B做“探究碰撞中 的守恒量”的实验，实验步骤如下： 考点3　实验的创新与改进 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 A. 把两滑块A和B紧靠在一起，在A上放质量为m的砝码，置 于导轨上，用电动卡销卡住A和B，在A和B的固定挡板间放 入一轻弹簧，使弹簧处于水平方向上的压缩状态； B. 按下电钮使电动卡销放开，同时启动两个记录两滑块运动 时间的电子计时器，当A和B分别与固定挡板C和D碰撞时， 电子计时器自动停表，记下A至C的运动时间t1，B至D的运 动时间t2； C. 重复上述步骤进行多次实验. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 （1）在调整气垫导轨时应注意 　　　　　　　　　. 解析：（1）在调整气垫导轨时应注意使气垫导轨水平，这样 沿导轨方向滑块组成的系统只受内力，不受外力，满足动量守 恒的基本条件. 答案：（1）使气垫导轨水平 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 （2）应测量的数据还有 　　　　　　　、 　　　　　　　　. （写出相应物理量的名称和对应字母） 解析：（2）本实验要验证的关系是（M＋m）v1＝Mv2，实验中已经测出了A至C的运动时间t1，B至D的运动时间t2，只需要再测量出滑块A的左端到挡板C的距离x1和滑块B的右端到挡板D的距离x2，就可以根据v＝计算出速度v1＝，v2＝. 答案：（2）滑块A的左端到挡板C的距离x1　滑块B的右端到挡板D的距离x2　 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 （3）只要关系式 　　成立，即可得出碰撞中动量是守恒的. 解析：（3）由（2）分析可知，最后实验需要验证的关系是（M＋m）＝M，若等式成立，则可得出碰撞中动量是守恒的. 答案：（3）（M＋m）＝ 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 【变式3】利用“类牛顿摆”验证碰撞过程中的动量守恒定律. 实验器材：两个半径相同的球1和球2，细线若干，坐标纸，刻 度尺. 　 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 实验步骤如下：（1）测量小球1、2的质量分别为m1、m2，将 小球各用两细线悬挂于水平支架上，各悬点位于同一水平面， 如图甲. （2）将坐标纸竖直固定在一个水平支架上，使坐标纸与小球 运动平面平行且尽量靠近.坐标纸每一小格是边长为2 mm的正 方形.将小球1拉至某一位置A，由静止释放，垂直于坐标纸方 向用手机高速连拍. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 （3）分析连拍照片得出，球1从A点由静止释放，在最低点与 球2发生水平方向的正碰，球1反弹后到达最高位置为B，球2向 左摆动的最高位置为C，如图乙.已知重力加速度g取10 m/s2， 碰前球1的速度大小为 　　　，碰后球2的速度大小为 　　　 （结果均保留2位有效数字）.若m1、m2满足关系式 　　　，则 球1和球2在碰撞过程中动量守恒. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 解析：（3）由题图乙知，从A位置到最低点的高度差为h1＝9d ＝18 mm＝1.8×10－2 m， 由机械能守恒定律可得m1gh1＝m1， 解得碰撞前球1的速度 v1＝＝0.60 m/s， 碰撞后球2上升高度为 h2＝4d＝8 mm＝8×10－3 m， 由机械能守恒定律可得m2＝m2gh2， 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 解得碰后球2的速度大小为 v2＝＝0.40 m/s. 又因为，碰后球1的速度为v1'＝－， 若碰撞前后动量守恒， 则有m1v1＝mv1'＋m2v2 即m1＝m2－m1， 整理可得m1、m2满足关系式2m1＝m2. 答案：（3）0.60 m/s　0.40 m/s　2m1＝m2 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 1. 利用气垫导轨做验证碰撞中的动量守恒实验时，不需要测 量的物理量是（　　） A. 滑块的质量 B. 挡光时间 C. 挡光片的宽度 D. 滑块移动的距离 答案：D　 解析：根据实验原理可知，滑块的质量、挡光时间、挡光片的 宽度都是需要测量的物理量，其中滑块的质量用天平测量，挡 光时间用光电计时器测量，挡光片的宽度可事先用刻度尺测 量，只有移动的距离不需要测量，选项D正确. 课末　随堂演练 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 2. 某同学用如图甲所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞 来验证动量守恒定律，图中CQ是斜槽，QR为水平槽，二者平 滑相接，调节实验装置，使小球放在QR上时恰能保持静止， 实验时先使A球从斜槽上某一固定位置G由静止开始滚下，落 到位于水平地面上的记录纸上，留下痕迹.重复上述操作10 次，得到10个落点痕迹.然后把B球放在水平槽上靠近槽末端的 地方，让A球仍从位置G由静止开始滚下，和B球碰撞后，A、 B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹.重复这种操作10次. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 图甲中O是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点，P为未放被 碰B球时A球的平均落点，M为与B球碰后A球的平均落点，N 为被碰球B的平均落点.若B球落点痕迹如图乙所示，其中米尺 水平放置，且平行于OP. 米尺的零点与O点对齐. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 （1）入射球A的质量mA和被碰球B的质量mB的关系是 mA 　　mB（选填“＞”“＜”或“＝”）. 解析：（1）要使两球碰撞后都向右运动，A球质量应大于B球 质量，即mA＞mB. 答案：（1）＞ 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 （2）碰撞后B球的水平射程约为 　　cm. 解析：（2）将10个点圈在圆内的最小圆的圆心为平均落点，可由米尺测得碰撞后B球的水平射程约为64.7 cm. 答案：（2）64.7（64.2～65.2均可） 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 （3）下列选项中，属于本次实验必须测量的是 　　（填选项 前的字母）. A. 水平槽上未放B球时，测量A球平均落点位置到O点的距离 B. A球与B球碰撞后，测量A球平均落点位置到O点的距离 C. 测量A球或B球的直径 D. 测量A球和B球的质量 E. 测量G点相对于水平槽面的高度 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 解析：（3）从同一高度做平抛运动，飞行的时间t相同，而水平方向为匀速直线运动，故水平位移x＝vt，所以只要测出小球飞行的水平位移，就可以用水平位移的测量值代替平抛初速度.故需测出未放B球时A球飞行的水平距离OP和碰后A、B球飞行的水平距离OM和ON，以及A、B两球的质量，选项A、B、D正确. 答案：（3）ABD 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 （4）若系统动量守恒，则应有关系式： 　　　　　　　　　. 解析：（4）若动量守恒，需验证的关系式为mAvA＝mAv'A＋mBv'B，将vA＝，v'A＝，v'B＝代入上式得mA·OP＝mA·OM＋mB·ON. 答案：（4）mA·OP＝mA·OM＋mB·ON 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 3. 某同学用如图所示的装置“验证动量守恒定律”.实验前， 用水平仪先将光滑操作台的台面调为水平.其实验步骤如下： A. 用天平测出滑块A、B的质量mA、mB； B. 用细线将滑块A、B连接，使A、B间的轻弹簧处于压缩 状态； 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 C. 剪断细线，滑块A、B离开弹簧后，均沿光滑操作台的台面 运动，最后都滑落台面，记录A、B滑块的落地点P1、P2； D. 用刻度尺测出水平地面的落地点P1、P2距操作台边缘的水 平距离x1、x2； E. 用刻度尺测出操作台面距水平地面的高度h； F. 查找当地的重力加速度大小为g. 根据其实验步骤，回答下列问题： （1）如果滑块A、B组成的系统水平方向动量守恒，需满足的 关系是 　　　　　　　　　　　　（用测量量表示）. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 解析：（1）取滑块A的初速度方向为正方向，两滑块质量和平 抛初速度分别为mA、mB、v1、v2，平抛运动的水平位移分别为 x1、x2，平抛运动的时间为t.根据动量守恒定律得，0＝mAv1－ mBv2，又v1＝，v2＝， 代入得到mAx1＝mBx2. 答案：（1）mAx1＝mBx2 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 （2）如果滑块A、B组成的系统水平方向动量守恒，则在步骤 D中，若测量出x1＞x2，那么A、B的质量关系mA 　　（选填 “＞”“＝”或“＜”）mB. 解析：（2）因为mAx1＝mBx2，若x1＞x2，则mA＜mB. 答案：（2）＜　 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 （3）该装置也可以验证机械能守恒定律.已知剪断细线前，弹 簧的弹性势能为E. 如果滑块A、B和弹簧组成的系统机械能守 恒，需满足的关系是 　　　　　　　　　　　　　　（用测量 量表示）. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 解析：（3）根据机械能守恒定律，弹簧处于压缩状态时的弹性势能等于两滑块弹出时的动能，所以E＝mA＋mB，由h＝ gt2，可以得到t＝，所以v1＝＝，v2＝＝，代人上 式后得E＝（mA＋mB）. 答案：（3）E＝（mA＋mB） 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 课时作业（六） （建议用时：40分钟） 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 课时作业（六） 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 制 作 者：状元桥 适用对象：高中学生 制作软件：Powerpoint2010、 Photoshop cs3 运行环境：WindowsXP以上操作系统 $$