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（2019）选择性必修第一册

第一章 动量守恒定律 第4节 实验：验证动量守恒定律 情境与思考 ①系统不受外力 ②系统合外力为零 ③系统所受外力合力不为零，但系统外力远小于内力 ④系统在某一方向上符合以上三条中的某一条 (理想条件) (实际条件) (近似条件） (单向条件) ①m1v1 + m2v2 = m1v1' + m2v2' ②m1∆v1 = -m2∆v2 思考1：系统动量守恒的条件是什么？ 思考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？ 生活中的实例 母球撞击彩球 思考1：生活中的这些实例，物体或人所受合外力是否为零？ 冰壶碰撞 速滑接力比赛 思考2：我们是否可以对物体或人组成的系统应用动量守恒定律？ 否 摩擦很小，内力远大于外力，可以近似认为满足条件 思考3：实验室中，我们为了实验验证的方便应该设计怎样的碰撞？ 一维碰撞——碰撞前后两物体沿同一直线运动，便于数据收集和分析 思考1：根据动量守恒定律的表达式：m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'，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' 思考2：如何测两个物体的质量？ 天平直接测量 思考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利用平抛运动测速 物理量的测量： ——气垫导轨、滑块 ——斜槽轨道、小球 （方案二） （方案一） 实验五步曲 1. 实验目的 + 原理 2. 实验仪器 3. 实验步骤 + 注意事项 4. 数据处理 5. 误差 + 结论 1. 实验目的 + 原理 方案一：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 实验原理： 实验目的：验证动量守恒定律 A B 如图1所示，将斜槽固定在铁架台上，使槽的末端水平。让一个质量较大的小球A从斜槽上滚下，跟放在斜槽末端的另一个大小相同，质量较小的小球B发生正碰。碰撞后A球落于M点，B球落于N点。若拿走B球只让A球从斜槽上同一位置滚下，落点在P点。 如图2所示，因为平抛高度相同，所以各小球运动时间相同，则它们的水平位移之比等于它们的水平速度之比。动量守恒时，有mA·OP=mA·OM+mB·ON，测出mA、mB及OP、OM和ON并代人上式，即可验证碰撞中动量是否守恒。 2. 实验仪器 A B 铁架台、斜槽、同体积不同质量的钢球两个、重垂线、天平、白纸、复写纸、刻度尺、圆规等 3. 实验步骤 + 注意事项 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. 按图安装实验装置。调整固定斜槽，应使斜槽末端水平，即在水平槽上放置小球，小球能够保持静止，说明槽口末端水平； 3. 在水平地面上适当位置铺放白纸，在白纸上铺放复写纸，记下铅垂线所指的位置O(斜槽末端)，此后白纸不能移动； 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10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 4. 数据处理 测出A球质量m1 = ，B球质量m2 = 。 验证m1·OP = m1·OM + m2·ON是否成立。 1. 白纸在实验的过程中有些许移动。 2. 小球下落时有空气阻力。 3. 落地点没有用尽可能小的圆圈起来。 结论： 误差： 5. 误差 + 结论 在误差允许的范围内，m1·OP = m1·OM + m2·ON成立，说明小球碰撞时动量守恒。 ——粘在地上 ——选密度相对大的小球 1. 实验目的 + 原理 方案二：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 设两滑块的质量分别为m1和m2，碰撞前后的速度分别为v1、v2、v1´、v2´，根据动量守恒定律，有m1v1 + m2v2 = m1v1´ + m2v2´。测出两滑块的质量和碰撞前后的速度，就可以验证碰撞过程动量是否守恒。 通过光电门和光电计时器可以记录碰撞前后两个滑块的挡光时间t1、t2、t1´、t2´，测量挡光片的宽度x，根据速度公式v=x/t，即可得出碰撞前后两个滑块的运动速度。 也可以不计算速度，在确保挡光片宽度x一致的情况下，上式变为：，代入实验数据进行验证即可。 实验中可以通过在滑块上添加已知质量的物块来改变碰撞物体的质量。 气垫导轨： 减小阻力 光电计时器： 测量滑块碰撞前后的速度 可以研究以下三种情况： ①碰撞后分开： ②碰撞后不分开： ③弹簧使静止滑块分开： 弹性碰撞架 可粘贴尼龙搭扣 撞针和橡皮泥 弹簧和细线 2. 实验仪器 气垫导轨全套、光电计时器、光电门2个、轻弹簧、细线、撞针、橡皮泥等 3. 实验步骤 + 注意事项 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。 4. 数据处理 如果滑块碰撞后的速度与原来方向相反，该如何记录？ 滑块与轨道之间可能还存在些许小摩擦。 结论： 误差： 5. 误差 + 结论 在误差允许的范围内，两滑块组成的系统动量守恒。 可以研究以下三种情况： ①碰撞后分开： ②碰撞后不分开： ③弹簧使静止滑块分开： 弹性碰撞架 可粘贴尼龙搭扣 弹簧和细线 同学们，下课！ Lavf58.30.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$