1.4 实验：验证动量守恒定律 课件-2025-2026学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

1.4实验:验证动量守恒定律 第一章 动量守恒定律 观看与思考：母球与彩球碰撞前后瞬间动量守恒吗？ 碰撞前后速度方向共线吗？ 导入新知 1.系统动量守恒的条件是什么？ (1)理想条件：系统不受外力； (2)实际条件：系统受到外力，但外力的合力为零； (3)近似条件：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； (4)单向条件：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. 复习巩固 2.系统满足动量守恒定律的公式是什么？ 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？ 复习巩固 2.通过设计出的实验方案，熟练掌握验证碰撞情况下系统动量守恒的方法 1.理解验证动量守恒定律的实验原理，会根据物理量的测量来选择合适的器材并按要求设计实验方案 素养目标 1、实验思路 问题：生活中什么样的过程可以尽可能的满足动量守恒的条件？ 碰撞过程——尽管生活中碰撞的物体所受合外力不能为零，但在这一过程中往往内力远大于外力，我们可以近似认为碰撞满足动量守恒定律的条件。   A B m1 m2 m1 m2 m1 m2 A B 一、实验思路与原理 2、物理量的测量 （1）.根据动量守恒定律的表达式是什么？，实验中我们需要测量哪些物理量？ （1）测量物体的质量：m1和m2 （2）测量物体碰撞前后的速度：v1、v2、v1'、v2' 2.如何测两个物体的质量？ 物体质量可用天平直接测量 3.如何测量物体碰撞前后的速度？根据你所学以往知识能说出几种？ （1）利用打点计时器测速 （2）利用光电门测速 （3）利用机械能守恒定律测速 （4）利用平抛运动测速 m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2' 一、实验思路与原理 3、数据分析 利用碰撞进行验证动量守恒定律时，在数据分析上会存在哪些困难，我们如何设计实验才能方便数据分析？ 动量是矢量，在计算两物体碰撞前后动量之和时可能设计用到平行四边形法则，这在计算上难度大，为了减少数据分析困难，我们可以利用碰撞前后物体都在同一直线上运动（一维碰撞问题）。   A B m1 m2 m1 m2 m1 m2 A B 一、实验思路与原理 气垫导轨、光电计时器、天平、滑块两个(带挡光片)、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥。 （1）、实验器材 二、实验方案 方案1、实验探究：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 (1)需要测量那些量，怎样测量？安装到滑块的挡光板宽度大些好还是小些好？ (2)如何调整使系统动量守恒? 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。 (3)怎样设计数据记录表？如果物体碰撞后被反弹回来，碰撞后的速度方向与原来的方向怎样，应该怎样记录？ 在实验前规定正方向，若物体运动方向与规定正方向相反，则记录为负值。 2、实验原理 ①质量的测量：用______测量两滑块的质量m1、m2。 天平 ②速度的测量：v＝_______，式中的d为滑块上挡光片的______，Δt为数字计时器显示的滑块上的挡光片经过________的时间。 宽度 光电门 二、实验方案 方案1、实验探究：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 情景一：在两滑块相互碰撞的端面上安装弹性碰撞架，轻推质量大的滑块碰撞静止的质量小的滑块，滑块碰撞后随即分开。 （4）.实验中有哪些碰撞情景？写出验证动量守恒的表达式。若两个遮光片的宽度相同，遮光片宽度需不需要测量？ mA＞mB，运动滑块A撞击静止滑块B 二、实验方案 方案1、实验探究：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 点击图片超链接到实验操作视频 情景二：在两滑块的碰撞端安装撞针和橡皮泥，轻推质量大的滑块碰撞静止的质量小的滑块，滑块碰撞后连成一体运动。 运动滑块A撞击静止滑块B，撞后两者粘在一起 二、实验方案 方案1、实验探究：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 点击图片超链接到实验操作视频 情景三：滑块间放置压缩的轻质弹簧，用细线固定并保持静止，烧断细线后滑块弹开。 两静止滑块被弹簧弹开，一个向左，一个向右 可见，若两个遮光片的宽度相同，遮光片宽度不需要测量。 二、实验方案 方案1、实验探究：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 点击图片超链接到实验操作视频 （1）测质量：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：安装好安装光电门、气垫导轨并调节气垫导轨水平。 （3）实验：使两滑块依次发生甲、乙、丙图所示的碰撞情况，记录挡光时间，计算滑块碰撞前后的速度。 （4)重复：改变条件，重复实验： ①改变滑块的质量；②改变滑块的初速度大小和方向。 （5）验证：滑块碰撞前后动量守恒。 （6）整理：整理实验仪器。 3.实验步骤 二、实验方案 方案1、实验探究：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 碰撞前 碰撞后 质量 m1=0.10kg m2=0.15kg m1=0.10kg m2=0.15kg 速度 v1=0.4m/s v2=-0.2m/s v1=-0.32m/s v2=0.28m/s mv m1v1+m2v2= m1v1+m2v2= mv2 m1v12+m2v22= m1v12+m2v22= 甲:滑块碰撞后分开 0.01kg·m/s 0.01kg·m/s 0.011J 0.011J 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，碰撞前后动量守恒，动能大小也不改变。 4.数据处理 二、实验方案 方案1、实验探究：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 乙:滑块碰撞后粘连 碰撞前 碰撞后 质量 m1=0.10kg m2=0.15kg m1=0.10kg m2=0.15kg 速度 v1=0.2m/s v2=0.628m/s v1=0.373m/s v2=0.373m/s mv m1v1+m2v2= m1v1+m2v2= mv2 m1v12+m2v22= m1v12+m2v22= 0.094kg·m/s 0.093kg·m/s 0.030J 0.017J 在两个滑块的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥，碰撞时撞针插入橡皮泥中，使两个滑块连成一体运动时，两个滑块组成的系统动量守恒，动能减小。 二、实验方案 方案1、实验探究：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 碰撞前 碰撞后 质量 m1=0.10kg m2=0.15kg m1=0.10kg m2=0.15kg 速度 v1=0 v2=0 v1=0.225m/s v2=-0.15m/s mv m1v1+m2v2= m1v1+m2v2= mv2 m1v12+m2v22= m1v12+m2v22= 丙：弹簧使静止滑块分开 0 0 0 0.0042J 烧断细线，弹簧弹开后落下，两个滑块由静止向相反方向运动，两个滑块组成的系统动量守恒，动能增大。 弹簧的弹性势能转化为滑块的动能，滑块的动能增加。 二、实验方案 方案1、实验探究：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 （1）.系统误差 主要来源于装置本身是否符合要求，即： ①碰撞是否为一维碰撞。 ②实验是否满足动量守恒的条件。如斜槽末端切线方向是否水平，两碰撞球是否等大。 (2)偶然误差：主要来源于质量和速度的测量。 5、误差分析 二、实验方案 方案1、实验探究：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 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、带有挡光板的滑块、弹射架、光电门等组成。 (1)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； ③接通数字计时器； ④把滑块2静止放在气垫导轨的中间； ⑤滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳； 例题精选 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，碰后滑块2和滑块1依次通过光 电门2，两滑块通过光电门2后依次被 制动； ⑦读出滑块通过光电门的挡光时间分别为：滑块1通过光电门1的挡光时间Δt1＝10.01 ms，通过光电门2的挡光时间Δt2＝49.99 ms，滑块2通过光电门2的挡光时间Δt3＝8.35 ms； ⑧测出挡光板的宽度均为d＝5 mm，测得滑块1(包括挡光板)的质量为m1＝300 g，滑块2(包括挡光板及弹簧)的质量为m2＝200 g。 例题精选 (2)数据处理与实验结论： ①气垫导轨的作用是：A. 　　　 　　　 　　　　　　； B. 　　　　 　　 　　　　　　。 ②碰前滑块1的速度v1为　　 m/s；碰后滑块1的速度v2为　　　 m/s； 碰后滑块2的速度v3为　　　 m/s。(结果均保留两位有效数字)  ③碰前系统的总动量为m1v1＝　　　　。  碰后系统的总动量为m1v2＋m2v3＝　　　。  实验结论：　　 　　。  减小滑块和导轨之间的摩擦引起的误差 保证两个滑块的碰撞发生在同一直线上 0.50 0.10 0.60 0.15 0.15 在误差允许范围内，系统的动量守恒 例题精选 1.实验器材 斜槽（末端水平） 入射小球 复写纸 白纸 天平 出射小球 铅垂线 刻度尺 二、实验方案 方案2：用平抛演示仪装置验证动量守恒定律 h P M N O m1 m2 2.实验原理 【思考】 (1)如何保证碰撞时动量守恒？斜槽粗糙对实验结果有影响吗？ 斜槽末端水平。无影响。 （2）如何测量小球碰撞前后的速度？ 碰撞前m1速度 碰撞后m2速度 碰撞后m1速度 二、实验方案 方案2：用平抛演示仪装置验证动量守恒定律 h P M N O m1 m2 【思考】 2.如何测量小球飞出的水平距离？ ①不放被碰小球，让入射小球m1从斜槽上某一位置由静止滚下，记录平抛的水平位移OP。 ②在斜槽水平末端放上被碰小球m2，让m1从斜槽同一位置由静止滚下，记下两小球离开斜槽做平抛运动的水平位移OM、ON。 多次实验，每个位置获取多组落点，用圆规画出尽量小的圆，把所有的小球落点圈在里面，圆心即为小球落点的平均位置。 2.实验原理 二、实验方案 方案2：用平抛演示仪装置验证动量守恒定律 h P M N O m1 m2 【思考】 (3)需要测量小球平抛的竖直高度h吗？实验得到什么样的结果说明系统动量守恒？ 2.实验原理 不需要。 　m1·OP＝m1·OM＋m2·ON。 二、实验方案 方案2：用平抛演示仪装置验证动量守恒定律 (1)测质量：用天平测出两小球的质量，并选定质量大的小球为入射小球。 (2)安装：按照如图甲所示安装实验装置。调整固定斜槽使斜槽末端水平。 (3)铺纸：白纸在下，复写纸在上，且在适当位置铺放好。记下铅垂线所指的位置O。 (4)放球找点：不放被撞小球，每次让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下，重复10次。用圆规画尽量小的圆把小球的所有落点圈在里面。圆心P就是小球落点的平均位置。 3.实验步骤 二、实验方案 方案2：用平抛演示仪装置验证动量守恒定律 (5)碰撞找点：把被撞小球放在斜槽末端，每次让入射小球从斜槽同一高度[同步骤(4)中的高度]自由滚下，使它们发生碰撞，重复实验10次。用步骤(4)的方法，标出碰后入射小球落点的平均位置M和被撞小球落点的平均位置N，如图乙所示。 (6)验证：连接ON，测量线段OP、OM、ON的长度。将测量数据填入表中，最后代入m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，计算并判断在误差允许的范围内等式是否成立。 (7)整理：将实验器材放回原处。 二、实验方案 方案2：用平抛演示仪装置验证动量守恒定律 实验 次数 入射小球的 质量m1/g 被碰小球的 质量m2/g OP (cm) OM (cm) ON (cm) 1           2       4、数据处理 验证的表达式：m1·OP＝m1·OM＋m2·ON。 二、实验方案 方案2：用平抛演示仪装置验证动量守恒定律 ①斜槽末端的切线必须 ； ②入射小球每次都必须从斜槽　　　　　由静止释放； ③选质量较　　的小球作为入射小球； ④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。 水平 同一高度 大 5、注意事项 二、实验方案 方案2：用平抛演示仪装置验证动量守恒定律 2.(2025·淮安市高二期中)某小组用如图甲所示的“碰撞实验器”来验证两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量守恒定律。图甲中O点是小球抛出点在水平地面上的垂直投影。实验时，先让小球A多次从斜轨上位置G点由静止释放，找到其落点的平均位置P，测量平抛射程OP。然后把小球B静置于轨道水平部分末端的位置R点，再将小球A从斜轨上 位置G由静止释放，与小球B碰撞，如此重复多次，M、N为两球碰后的平均落点，重力加速度为g，回答下列问题： 例题精选 (1)关于实验操作，下列说法正确的是____。  A.小球A每次必须在斜槽上相同的位置由静止滚下 B.小球A可以在斜槽上不同的位置由静止滚下 C.斜槽轨道末端必须水平 D.斜槽轨道必须光滑 AC (2)若A小球质量为m1、半径为r1，B小球质量为m2、半径为r2，要保证碰撞时A小球不反弹，则A、B两小球需满足的关系是____。  A.m1>m2，r1>r2 B.m1>m2，r1＝r2 C.m1<m2，r1>r2 D.m1<m2，r1＝r2 B 例题精选 (3)上述实验除需测量线段OM、OP、ON的长度外，还需要测量的物理量有____。  A.G、R两点间的高度差h1 B.R点离地面的高度h2 C.小球A和小球B的质量m1、m2 D.小球A和小球B的半径r1、r2 C (4)为验证动量守恒定律，需要验证的表达式是______________________ (用m1、m2、OM、OP、ON表示)。  m1·OP＝m1·OM＋m2·ON (5)若实验中得出的落点情况如图乙所示，假设碰撞过程中动量守恒，则入射小球A的质量m1与被碰小球B的质量m2之比为______。  4∶1 例题精选 1.如图所示，使从斜槽轨道滚下的小球打在正对的竖直墙上，把白纸和复写纸附在墙上，记录小球的落点。选择半径相等的小钢球A和硬塑料球B进行实验，测量出A、B两球的质量m1、m2，其他操作重复验证动量守恒时的步骤。M'、P'、N'为竖直记录纸上三个落点的平均位置，小球静止于水平轨道末端时球心在竖直记录纸上的水平投影点为O'，未放B球时，A球的落点是P'点，用刻度尺测量M'、P'、N'到O'的距离分别为y1、y2、y3。若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为 A. B. C.m1＝m1＋m2D. √ 课后作业 2. 若用如图装置也可以验证碰撞中的动量守恒，实验步骤与上述实验类似。图中D、E、F到抛出点B的距离分别为LD、LE、LF。若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为 A.m1LF＝m1LD＋m2LE B.m1＝m1＋m2 C.m1＝m1＋m2 D.LE＝LF－LD √ 课后作业 3.用如图所示的装置来验证动量守恒定律。质量为mA的钢球A用细线悬挂于O点，质量为mB的钢球B放在离地面高度为H的小支柱N上，O点到A球球心的距离为L。使细线在A球释放前伸直且线与竖直线的夹角为α，A球静止释放后摆到最低点时恰与B球碰撞，碰撞后，A球把轻质指示针 OC由竖直位置推到与竖直线的夹角为β处，B球落到水平地面上，地面上铺有一张盖有复写纸的白纸D。保持α角不变，多次重复上述实验，白纸上记录了B球的多个落地点。 课后作业 (2)为了验证两球碰撞过程中动量守恒，应测量的物理量有s和　　　　　　 　 　 (用字母表示)。 mA、mB、α、β、H、L (3)用测得的物理量表示碰撞前后A、B两球的动量：pA=　　　　　 　　　， pA'=　 　　　　　　　 ； pB =0，pB'=　　　　(当地的重力加速度为g)。  mA mA mBs (1)图中s应是B球初始位置到　　　　　　　的水平距离。  B球平均落地点 课后作业 验证动量守恒定律 碰撞时间极短，内力≫外力。m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2' 原理 气垫导轨上滑块碰撞 斜槽末端 小球碰撞 烧断细线后弹开：0=m1v1+m2v2 创新实验 碰撞后分开：m1v1=m1v1'+m2v2' 碰撞后粘一起：m1v=（m1+m2）v' m1·OP=m1·OM+m2·ON 课堂小结 Lavf61.9.100 mAv1＝mAv2＋mBv3―→＝＋。 mAv＝(mA＋mB)v共―→＝。 0＝mAvA－mBvB―→＝ $$