1.4 实验：验证动量守恒定律（授课PPT）-【大单元教学】高二物理同步备课系列（人教版2019选择性必修第一册）

第一单元 动量守恒定律 4. 实验：验证动量守恒定律 更多模板请关注：https://haosc.tukuppt.com 1 1物理观念： 在了解系统、内力和外力的基础上，探究动量守恒定律。感受动量守恒定律在自然界中的普遍适用性。 2科学思维： 在系统对象的分析下，理解掌握动量守恒定律满足的条件。培养学生思考分析能力。培养建构模型能力。能够推理论证生产生活中的有关现象，并提出创新性实验方案。 3科学探究： 经历对动量守恒的探究过程，尝试用科学探究的方法研究物理问题。能在观察和实验中发现问题、提出合理猜想与假设；具有设计探究方案和获取证据的能力。解释并交流实验成果和创新经验。 4科学态度与责任： 具有学习和研究物理的好奇心与求知欲，形成探索自然的内在动力，严谨认真、实事求是和持之以恒的科学态度，具有学习和研究物理的好奇心与求知欲，能主动与他人合作，尊重他人，能基于证据和逻辑发表自己的见解。 核 心 素 养 一、驱动问题 向一边拉扯小球，从静止释放小球和V形滑片车。观察小车在小球的反复敲击下能否持续向一侧不断前进呢。如果不能，能解释为什么吗？我们可以怎么去验证碰撞过程动量的守恒量呢？ 怎样操作，才会让小车持续向一侧运动下去呢？ 点击视频播放 一、驱动问题 一、驱动问题 气垫导轨往往和光电门配合使用，气垫导轨是通过什么方式创造一个近似无摩擦环境的？ 光电门的测量的对象是什么，在使用的时候挡光片的宽度应该怎么选取？ 二、驱动问题 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，外力相对来说可以忽略不计，因而系统动量近似守恒；(近似条件） (4)系统总的来看虽不符合以上三条中的任何一条，但在某一方向上符合以上三条中的某一条，则系统在这一方向上动量守恒.(单向条件) 三、实验思路 寻找一个碰撞过程： （1） 该碰撞过程需满足动量守恒定律的条件。（或外力近似可忽略）（2） 为了实验简单，选择一维碰撞。 A B A B 碰前 碰中 碰后 四、物理量的测量 在一维碰撞下,令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v1'、v2',如果速度的方向与设定的坐标轴的正方向一致,取正值,反之则取负值。 测出m1、m2,v1、v2,v1'、v2', 测量质量和速度 v1 m1 m2 五、数据分析 怎么验证动量守恒定律   A B m1 m2 m1 m2 m1 m2 A B 如果速度的方向与设定的坐标轴的正方向一致,取正值,反之则取负值。带入m1、m2,v1、v2,v1'、v2', 若m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2', 那么碰撞中动量守恒。 六、实验方案 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、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。 2.实验设计： ①气垫导轨:满足外力为零的条件，且为一维碰撞； ②光电门:测速度，天平测质量 (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。 (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匀速直线运动。 (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。 (5)改变滑块质量，重复步骤(4)。 (6)整理实验仪器，数据处理，寻找守恒量。 弹性碰撞架 3.实验步骤： 六、实验思路 方式一：选取两个质量滑块，在两个滑块相互碰撞的端面装上弹性碰撞架，滑块碰撞后随即分开。（弹性碰撞） m1 m2 v1 4.现场视频： 六、实验方案 方式二：在两个滑块的碰撞端分别贴双面胶，或者在两个滑块的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥，碰撞时它们会连成一体。（非弹性碰撞） 六、实验方案 5.实验数据记录与处理： 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 弹性碰撞架 mAv1=mA·v2+mBv3 mAv=(mA+mB)v共 0=mAvA-mBvB 运动滑块A撞击静止滑块B，撞后两者粘在一起。 六、实验方案 5.实验数据记录与处理： 比较项 前 后 质量 m1 m2 m1 m2         时间 t1 t2 t1' t2'         之和     实验结论 在实验误差允许范围内，碰撞前后两个小车的动量守恒。 六、实验方案 6.思考： 以上各种情况中，碰撞前后物体的动能之和有什么变化？设法检验你的猜想。 测量2个滑块的质量，碰撞前的速度和碰撞后的速度，通过计算，可比较出碰撞前后物体的动能之和的变化。 实验的第一种情况：动能之和不变； 实验的第二种情况：动能之和减小 实验的第三种情况：动能之和增大 六、实验方案 方案二：用平抛演示仪装置验证动量守恒定律 1. 实验器材：斜槽轨道、半径相等的钢球和玻璃球、天平（附砝码）、毫米刻度尺、复写纸、白纸、圆规、小铅锤。 注意：m1 > m2，以免碰撞后小球反弹。 六、实验方案 2. 实验原理： 质量分别为m1和m2的两小球A、B发生正碰，碰撞前A的速度是v1，球B静止，碰撞后速度分别是v1′和v2′，根据动量守恒定律， 应有：m1v1＝m1v1′＋m2v2′。 如图，让球A从同一位置C释放，测出不发生碰撞时球A飞出的水平距离lOP，再测出碰撞后球A、B分别飞出的水平距离lOM、lON， 只要验证：m1lOP＝m1lOM＋m2lON， 即可验证动量守恒定律。 六、实验方案 3. 实验步骤： 1）.用天平测出两个小球的质量。 2）.将斜槽固定在桌边并使其末端水平。在地板上铺白纸和复写纸，通过小铅锤将斜槽末端在纸上的投影记为点O。 3）.首先让球A从斜槽点C由静止释放，落在复写纸上，如此重复多次。 4）.再将球B放在槽口末端，让球A从点C由静止释放，撞击球B，两球落到复写纸上，如此重复多次。 六、实验方案 圆心即为小球平均落点 5）.取下白纸，用圆规找出落点的平均位置点P、点M和点N，用刻度尺测出lOP、lOM和lON。 6）.改变点C位置，重复上述实验步骤。 六、实验方案 4.现场视频： 点击视频播放 六、实验方案 5.实验数据记录与处理： 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。 P M N O m1 m2 实验结论 结论:碰撞前两小球的动量之和等于碰撞后两小球的动量之和。 m1OP=m1OM+m2ON 六、实验方案 6. 注意事项： 1.做实验时必须调整斜槽末端的切线沿水平方向 （判断斜槽末端水平的方法：将小球放到斜槽末端任一位置，均不滚动）。 2.同一次实验中，必须保证球A每次都从斜槽上同一点由静止释放。 3.实验时，必须保证球A的质量大于球B的质量。 （避免A球被弹回） 4.要保证对心碰撞，两球必须大小相等； 5.找P、M、N各点的平均位置时，用圆规画最小的圆将所有落点包含在内，则圆心的位置即为各点的平均位置。 六、实验方案 方案三：单摆测速验证动量守恒 1、实验器材 2、设计思路 （1）该实验动量守恒的条件是什么？ （2）实验得到什么样的结果说明系统动量守恒？ 六、实验方案 (1)先用天平称量出两个小球的质量m1、m2。 (2)安装好实验装置，注意使两球球心在同一水平线上。 (3)现将A球拉开让细绳与竖直方向夹角为θ，然后将细绳由静止释放，然后让其与B球相撞，然后记下AB组合达到最高点时细绳与竖直方向的夹角β。 (4)记录对应的θ和β。 3、实验数据记录与处理 六、实验方案 3、实验数据记录与处理 比较项 前 后 质量 m1 m2 m1 m2         时间 θ1 β1 θ2 β2         4、实验结论 结论:碰撞前两小球的动量之和等于碰撞后两小球的动量之和。 六、实验方案 方案四：用打点计时器验证动量守恒 1、实验器材 2、设计思路 （1）如何调节使该实验装置动量守恒？ （2）实验得到什么样的结果说明系统动量守恒？ 六、实验方案 3、实验步骤 (1)先用天平称量出两个小车的质量m1、m2。 (2)安装好实验装置，注意使两小车重心在同一水平线上。 (3)将固定带有打点计时器的一端垫高，将小车放在轨道上，轻轻推动小车，让小车在轨道上做匀速直线运动。 (4)将纸带穿过打点计时器并固定在小车A的一端，让小车B静止的放置在木板上； （5）先接通电源，再释放纸带，接着与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体继续运动； （6)关闭电源，取下纸带，换上新纸带，重复步骤(4)(5)(6)，选出较理想的纸带如图乙所示； 六、实验方案 比较项 前 后 质量 m1 m2     速度 v1 v共     动量之和     4、实验数据记录与处理 5、实验结论 在实验误差允许范围内，碰撞前后两个小车的动量守恒。 六、实验方案 方案三：其它方案 课堂小结 实验 验证动量守恒动量定律 2、物理量的测量 4、条件 1、实验思路 ④方案四：用打点计时器验证动量守恒。 3、数据分析 ①方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 ②方案二：用平抛演示仪装置验证动量守恒定律 ③方案三：单摆测速验证动量守恒 课堂反馈 例题1.用如图所示的装置验证“动量守恒定律”。实验时先让A球从斜槽上某一固定位置由静止释放，P点为A球落点的平均位置；再把半径相同的B球放在水平轨道末端，将A球仍从原位置由静止释放，M、N分别为A、B两球碰撞后落点的平均位置。O点是水平轨道末端在记录纸上的竖直投影点，O、M、P、N位于同一水平面上。 (1)除了图中器材外，完成本实验还必须使用 的器材有 （选填选项前的字母）。 A．天平 B．刻度尺 C．秒表 D．圆规 课堂反馈 (2)实验中能够把速度的测量转化为位移的测量的必要操作是 A．安装轨道时，轨道末端必须水平B．每次必须从同一个高度静止释放小球 C．实验中两个小球的质量应满足m₁ > m₂ D．轨道应当尽量光滑 (3)某次实验中得出的落点情况如图2所示，若测量数据近似满足关系式 （用m1、m2、OM、OP、ON）则说明两小球碰撞过程中动量守恒。若忽略实验中的测量误差，带入上式可判断入射小球 质量和被碰小球质量之比为 。 课堂反馈 例题1.【答案】(1)ABD(2)ABC(3) m1OP = m1OM + m2ON m1: m2=19:5 【解析】（1）除了图中器材外，完成本实验还必须使用的器材是天平、刻度尺、圆规。故选ABD。 （2）实验利用平抛运动规律测得小球速度，必要操作是安装轨道时，轨道末端必须水平、每次必须从同一个高度静止释放小球、为使小球碰后不反弹，则实验中两个小球的质量应满足m₁ > m₂，轨道光滑与否对实验无影响。 故选ABC。 课堂反馈 （3）[1]碰前的动量为 碰后的动量之和为 若碰撞前后动量守恒，二个式子相等即可，则要验证的表达式为 [2]若忽略实验中的测量误差，带入上式可判断入射小球质量和被碰小球质量之比为m1: m2=19:5 课堂反馈 例题2.某学习小组利用如图装置验证动量守恒定律。器材有：斜槽轨道(倾斜部分与平直部分平滑连接，平直轨道一侧固定有刻度尺)，材料相同、表面粗糙程度相同的滑块A、B。在水平轨道上放置滑块B，位置坐标记为，将滑块A从斜槽轨道上P点由静止释放，滑块A滑下后与滑块B发生碰撞，碰后记录滑块A、B停下来的位置坐标、；取走水平轨道上的滑块B，再将滑块A从P点由静止释放，记录滑块A停下的位置坐标。 课堂反馈 请回答下列问题： (1)为完成该实验，还需要的实验器材有 ； (2)第一次实验数据不理想，你认为下列哪些同学的说法有道理 ； A．小刘认为：把水平轨道左侧略微垫高一点，使得滑块在水平轨道上做匀速直线运动 B．小李认为：测量位移时，A、B滑块都应该读右侧面所对的位置坐标 C．小王认为：读A、B滑块左侧面所对的位置坐标 D．小张认为：读滑块A右侧面的位置坐标，读滑块B左侧面的位置坐标 课堂反馈 (3)某次实验中，滑块A的质量大于滑块B的质量，在误差允许的范围内，如果满足关系式 ，则可以验证A、B碰撞动量守恒；如果还想验证A、B的碰撞是否为弹性碰撞，需要验证关系式 是否成立（选用字母来表示）。 课堂反馈 例题2.【答案】(1)天平(2)B(3)  【解析】（1）验证动量守恒定律需计算A、B滑块碰撞前后的动量，A、B滑块碰撞前后的速度可通过动力学公式求出，还需天平测量A、B滑块的质量。 （2）A．滑块在水平轨道上做匀减速运动，滑块碰撞前后的速度可通过动力学公式求出，不需要把水平轨道左侧略微垫高一点，使得滑块在水平轨道上做匀速直线运动，故A错误；BCD．滑块A在斜槽轨道末端时，滑块A右侧面与刻度尺零刻度对齐，为减小读数误差以及滑块长度的影响，测量位移时，A、B滑块都应该读右侧面所对的位置坐标，故B正确，CD错误。故选B。 课堂反馈 （3）[1]根据动力学公式加速度为 可知滑块A碰撞前的速度为 滑块A碰撞后的速度为 滑块B碰撞后的速度为 A、B滑块碰撞前后动量守恒，则 可得 [2]若A、B的碰撞为弹性碰撞，则 可得 课堂反馈 例题3.气垫导轨上有A、B两个滑块，开始时两个滑块静止，它们之间有一根被压缩的轻质弹簧，滑块间用绳子连接（如图甲所示），绳子烧断后，两个滑块向相反方向运动，图乙为它们运动过程的频闪照片，频闪的频率为10Hz，由图可知： (1)A、B离开弹簧后，应该做 运动，已知滑块A、B的质量分别为200g、300g，根据照片记录的信息，从图中可以看出闪光照片有明显与事实不相符合的地方是 。 课堂反馈 (2)若不计此失误，分开后，A的动量大小为 kg·m/s，B的动量的大小为 kg·m/s，本实验中得出“在实验误差允许范围内，两滑块组成的系统动量守恒”这一结论的依据是 。 课堂反馈 例题3.【答案】(1) 匀速直线 A、B两滑块的第一个间隔 (2) 0.018 0.018 A、B两滑块作用前后总动量相等，均为0 【解析】（1）[1] A、B离开弹簧后，不受弹力，气垫导轨没有摩擦，则两滑块均做匀速直线运动； [2]烧断细线后，在弹簧恢复原长的过程中，应先做加速运动，当弹簧恢复原长后，滑块做匀速直线运动，由图中闪光照片可知，滑块直接做匀速直线运动，没有加速过程，实际上A、B两滑块的第一个间隔都应该比后面匀速时相邻间隔的长度小，故A、B两滑块的第一个间隔与事实不符。 课堂反馈 （2）[1][2]频闪照相的时间间隔为 滑块A的速度为 滑块B的速度为 A的动量为 B的动量为 [3]由此可见A、B的动量大小相等、方向相反，系统的总动量为0，与释放前的动量相等，因此系统动量守恒。 课堂反馈 例题4.在用图示的装置验证动量守恒定律时，实验步骤如下： ①先不放靶球B，将入射球A从斜槽上某点由静止释放，落到白纸上某点，重复该动作10次，把10次落点用一个最小的圆圈起来，圆心标为P点； ②在斜槽末端放上球B，将A从斜槽上同一位置由静止释放，与球B碰后落到白纸上某两点，重复该动作10次，把A、B两球10次落点分别用一个最小的圆圈起来，圆心分别标为M、N点； 课堂反馈 ③分别测量斜槽末端的竖直投影点O到M、P、N的距离分别为。 回答下列问题： (1)实验时必须具备以下条件______； A．斜槽末端切线必须水平 B．测量斜槽末端距白纸的高度h C．小球A、B直径必须相同 D．两球的质量关系满足 (2)用最小圆的圆心定位小球落点的目的是 ； (3)若A、B两球的质量分别为、，实验中需 验证的关系是 （用题中字母表示）。 课堂反馈 例题4.【答案】(1)AC(2)减小实验误差(3)  【解析】（1）A．斜槽的末端必须水平才能保证小球从斜槽末端飞出时做平抛运动，故A正确；B．本实验是根据平抛的规律验证动量守恒定律，需要测量的是A、B两小球抛出的水平距离，因为抛出高度相同落地时间一样，验证时式子两端会把时间消去，所以与高度无关，不需要测量斜槽末端距地面的高度，故B错误；C．要保证两球在斜槽末端发生正碰，则小球A、B直径必须相同，故C正确；D．为了防止两球碰撞后反弹，则需满足入射球的质量大于被碰球的质量，即，D错误。故选AC。 课堂反馈 （2）用最小圆的圆心定位小球落点，可以得到平均落点从而减小实验误差。 （3）需要验证的动量守恒表达式为 因，可得   课堂反馈 例题5.如图所示,用碰撞实验器可以验证动量守恒定律,即研究两个小球在轨道水平部分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,但可以通过仅测量 　　　　(填选项前的字母)间接地 解决这个问题。  A.小球开始释放高度h B.小球抛出点距地面的高度h' C.小球做平抛运动的射程 课堂反馈 (2)图中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影。实验时,先让入射球m1多次从斜轨上S位置静止释放,找到其平均落地点的位置P,测量平抛射程lOP。然后,把被碰小球m2静置于轨道的水平部分,再将入射球m1从斜轨上S位置静止释放,与小球m2相碰,并多次重复。 接下来要完成的必要步骤是　　　　。(填选项前的字母)  A.用天平测量两个小球的质量m1、m2 B.测量小球m1开始释放时的高度h C.测量抛出点距地面的高度h' D.分别找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、N E.测量平抛射程lOM、lON 课堂反馈 (3)经测定,m1=45.0 g,m2=7.5 g,小球落地点的平均位置距O点的距离如图所示。碰撞前后m1的动量分别为p1与p1',则p1∶p1'=　　　　∶11;若碰撞结束时m2的动量为p2',则p1'∶p2'=11∶　　　　。实验结果说明,碰撞前后总动量的比值 =　　　　。  答案:(1)C　(2)ADE　(3)14　2.9　1.01 课堂反馈 故只需测射程,因而选C。 (2)由表达式知,在lOP已知时,需测量m1、m2、lOM和lON,故必要步骤有A、D、E。 课堂反馈 本课时结束 感谢观看！ 更多模板请关注：https://haosc.tukuppt.com 54 Lavf58.41.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.28.100 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 Lavf58.41.100 解析:(1)小球碰前和碰后的速度都用平抛运动来测定,即v=。 而由h'=gt2知,每次竖直高度相等,所以平抛时间相等, 即m1=m1+m2,则可得m1·lOP=m1·lOM+m2·lON。 (3)p1=m1·,p1'=m1· 联立可得p1∶p1'=lOP∶lOM=44.80∶35.20=14∶11 p2'=m2· 则p1'∶p2'==11∶2.9 故=1.01。 $$