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 一.实验思路 动量守恒定律的适用条件：系统不受外力，或者所受外力的矢量和为0。 我们可以考虑物体发生碰撞的情况。两个物体在发生碰撞时，作用时间很短。根据动量定理，它们的相互作用力很大。如果把这两个物体看作一个系统，那么，虽然系统还受到重力、支持力、摩擦力、空气阻力等外力的作用，但是其中有些力的矢量和为0，有些力与系统内两物体的相互作用力相比很小。因此，可以近似认为碰撞满足动量守恒定律的条件。 二.物理量的测量 1.质量： 选取质量不同的两个物体，用天平分别测出物体的质量和. 2.速度：碰撞前后的速度、 '和、 '的测量 思考与讨论 物休的质量可用天平直接测量，想一想，有哪些方式可以测量速度？你在设计实验方案时会选择哪种？为什么？ 三.数据分析 根据选定的实验方案设计实验数据记录表格。选取量不同的两个物体进行碰撞，测出物体的质量（， ）和碰操前后的速度(′′)，分别计算出两物体碳撞前后的总动量，并检验碰撞前后总动量的关系是满足动量守恒定律，即 +=+ 参考案例1 研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 气垫导轨、光电计时器、天平、滑块（两个）、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥、游标卡尺等 1.实验器材： ②速度： v=式中的△x为滑块上挡光板的宽度，△t为光电计时器记录的滑块上的挡光板经过光电门的时间． 2.测量的物理量 ①滑块质量：用天平直接测量． 3.实验探究过程 (2）通过计算不同碰撞情境中滑块碰撞前后的总动量，检验是否满足动量守恒定律． ①滑块的碰撞情境 情境1：用质量不同的两滑块，"一静一动"碰撞． 情境2：两滑块挤压弹簧后用细线连接，烧断细线后两滑块分开． 情境3：两滑块碰撞后，撞针插人橡皮泥中，使两滑块连成一体． ②数据记录与处理 (1）规定正方向，碰撞前后速度的方向与正方向相同为正，相反为负． 例1.所示的实验装置做"验证动量守恒定律"实验．在水平桌面上放置气垫导轨，导轨上安装光电门1和光电门2，带有遮光片的滑块1、2的质量分别为、,两遮光片沿运动方向的宽度均为d，实验过程如下： ①调节气垫导轨为水平状态； ②轻推滑块1，测得滑块1通过光电门1的遮光时间为 ; ③滑块1与滑块2相碰后，测得滑块2和滑块1先后经过光电门2的遮光时间分别为和. (1）实验中为确保两滑块碰撞后滑块1不反向运动，则 应满足的关系为 （选填"大于""等于"或"小于") (2）碰前滑块1的速度大小为 . (3）利用题中所给物理量的符号表示动量守恒定律成立的式子为 . 大于 =+ 参考案例2 研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 1.实验设计： 让一个质量为（质量较大）的小球（入射小球）从斜槽上滚下，跟放在斜槽末端的另一个大小相同、质量为（质量较小）的小球（被碰小球）发生碰撞（正碰）. ①滑块质量：用天平直接测量． 2.测量的物理量 ②速度：两球碰撞前后的速度 3.实验步骤 (3）白纸在下，复写纸在上，在适当位置铺好．记下重垂线所指的位置0. (1）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）安装好实验装置，并调整斜槽使斜槽末端水平 (6）分别测量OP、OM、ON的长度并记录，在误差允许的范围内，检验 ·OP = ·OM + ·ON 是否成立． (4）不放被碰小球，让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下，重复次数．用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面，圆心P就是入射小球落点的平均位置． (5）把被碰小球放在斜槽末端，让入射小球从斜槽同一高度自由滚下，使它们发生碰撞，重复多次．用（4)中的方法，标出碰撞后入射小球落点的平均位置 M 和被碰小球落点的平均位置 N ，如右图． 4.实验结论 在误差允许的范围内，满足·OP = ·OM + ·ON ，碰撞系统的动量守恒 5.误差分析 （1）误差来源 ①小球落点位置确定不准确会产生误差． ②若入射小球每次不是从同一高度无初速度滚下，则会产生误差． ③两球的碰撞若不是对心碰撞，则会产生误差． ④线段长度及两球质量的测量不准确会产生误差． ⑤入射小球释放的高度太低，两球碰撞时内力较小会产生误差． （2）减小误差方法 ①斜槽轨道末端必须水平，判断是否水平的方法是将小球放在斜槽轨道平直部分任一位置，若小球均能保持静止，则表明斜槽末端水平。 ⑤应尽可能地在斜槽较高的地方由静止释放入射小球。 ②入射小球每次都必须从斜槽轨道同一位置由静止释放，可在斜槽适当高度处固定一挡板，使小球靠着挡板，然后释放小球． ③入射小球的质量应大于被碰小球的质量． ④实验过程中确保实验桌、斜槽、记录所用的白纸的位置始终保持不变． 例2.某实验小组进行验证动量守恒定律的实验．入射小球与被碰小球半径相同． (1）实验装置如图甲所示．先不放B小球，使A小球从斜槽上某一固定点C （图中未画出）由静止滚下，落到位于水平地面的记录纸上留下痕迹．再把 B 小球静置于水平槽前端边缘处，让A小球仍从C处由静止滚下，A小球和 B 小球碰撞后分别落在记录纸上留下各自落点的痕迹．如图乙所示，记录纸上的0点是重垂线所指的位置，M、P、N分别为落点的痕迹．未放B小球时，A小球落地点是记录纸上的 点． P (2）实验中可以将表达式=+ 转化为 =+来进行验证，其中 、分别为小球A、B的质量，、、为小球做平抛运动的水平位移．可以进行这种转化的依据是 （请你选择一个最合适的答案） A ．小球飞出后的加速度相同 B ．小球飞出后，水平方向的速度相同 C ．小球在空中水平方向都做匀速直线运动，水平位移与时间成正比 D.小球在空中水平方向都做匀速直线运动，又因为从同一高度平抛，运动时间相同，所以水平位移与做平抛运动的初速度成正比 D 参考案例3 研究长木板上的小车碰撞时的动量守恒 光滑长木板、打点计时器、纸带、小车（两辆）、天平、撞针、橡皮泥、刻度尺等 1.实验器材： 2.实验步骤： (1）测质量：用天平测出两小车的质量 (2）安装：将打点计时器固定在长木板的一端，把纸带穿过打点计时器，连在小车的后面，在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥。 (3）实验：小车B静止，接通电源，让小车 A运动，碰撞时撞针插入橡皮泥中，两小车连接成一个整体运动。 ①改变小车A的初速度 ②改变两小车的质量 (4）改变条件重复实验 3.数据处理： (2）验证的表达式： =( +) (1）小车速度的测量：通过纸带上两计数点间的距离及时间，由v=计算 $