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

第三节 第2课时 分组实验：验证动量守恒定律 第一章 动量和动量守恒定律 高中物理选择性必修一（粤教版） 气垫导轨+光电门传感器实验方案 1.实验原理：测出两滑块在各种情况下碰撞前、后的动量（光电门测速法） 实验目的：验证一维碰撞中的动量守恒. 2.实验器材： 气垫导轨、光电计时器、天平、滑块和挡光片(两个)、弹簧片、撞针、橡皮泥等. 3.碰撞类型： 弹性碰撞： ①m1=m2 ②m1>m2 ③m1<m2 完全非弹性碰撞：碰撞后合为一体或碰后具有共同速度. 写出运算式： 气垫导轨+光电门传感器实验结果 弹性碰撞：①m1=m2 且 v2=0 ，碰后v3=0 气垫导轨+光电门传感器实验结果 完全非弹性碰撞：碰后具有共同速度. 实验探究　平抛法验证动量守恒定律 1.实验原理：测出两球在m1>m2且 v2=0 情况下碰撞前、后的动量 平抛测速法：若动量守恒m1v0＝m1v1＋m2v2 高度相同，平抛时间 t 相同，两边同时乘以 t，测平抛的水平距离 验证：m1s＝m1s1＋m2s2 2.实验装置及测量思路：先让入射球m1单独平抛落地测碰前动量，再让m1与靶球m2碰撞平抛落地测碰后系统动量. 简易版 改良版 装置组装步骤 1.插入铁架台后旋紧 2.装上斜槽后旋紧 确保夹片夹紧并水平 3.试把琉璃球稳定立在支柱上，小钢球夹在斜槽上 4.放上白纸，用重锤线标记O点和O’点 水平：放球后不滚动 6 1、固定装置，使斜槽末端水平（为什么要水平？） 2、重垂线所指位置O（入射小球抛出点）、O’点（靶球抛出点） 3、实验步骤 3、先不放靶球，把入射小球m1从斜槽某一高度由静止滚下，重复10次，找出平均位置P（如何找平均位置） 用尽可能小的圆把所有落点都圈在里面，圆心就是落点的平均位置 4、把被碰小球m2放在小支柱上，入射小球m1从同一高度滚下，发生对心正碰，重复10次（如何保证对心正碰？） （斜槽要光滑吗？ ） 5、记录入射小球和被射小球平均位置M、N 入射小球m1>靶球m2 m1 m2 （为何要从同一高度？ ） 水平：放球后不滚动 7 另一套装置组装 二、实验步骤 1.插入铁架台后旋紧 2.插入斜槽后旋紧 确保夹片夹紧 3.放上复写纸，准备实验 水平：放球后不滚动 8 1.实验方案：利用平抛运动研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒。 2.实验器材：斜槽、小球(两个)、天平、刻度尺、复写纸、白纸、重垂线、木板、图钉。 3.实验步骤： (1)安装实验仪器，使斜槽末端水平，钢球放在上面能保持静止，在木板上依次铺上白纸、复写纸，利用重垂线在白纸上分别标注斜槽水平段端口、靶球初位置在白纸平面的投影点O和点O′。 (2)天平测出两个大小相同、质量不同的钢球的质量，入射球m1>靶球m2。 (3)先让入射球单独从斜槽上端紧靠定位板的位置自由滑下，找出在白纸上的落地点。 (4)让入射球从斜槽上端同一位置自由滑下，与放在支球柱上的靶球发生碰撞，找出两球在白纸上各自的落地点。 (5)测出入射球m1两次落地碰撞点与点O的距离s和s1，靶球m2落地碰撞点与点O′的距离s2。 实验探究　平抛法验证动量守恒定律 4.实验结论： 若动量守恒：m1v0＝m1v1＋m2v2 平抛测速度，平抛时间 t 相同，两边同时乘以 t，测平抛的水平距离 实验误差允许范围内：m1s＝m1s1＋m2s2，验证了两钢球碰撞前后总动量守恒。 5.注意事项 (1)两球大小相同，入射球的质量必须大于靶球的质量。 (2)每次都要控制入射球从相同的高度自由滑下，斜槽不必光滑。 (3)使固定在桌边的斜槽末端点的切线水平，可将小球轻轻置于斜槽末端，小球能保持静止。 (4)支柱与槽口间距离等于钢球直径，而且两球相碰时处在同一高度。 实验探究　平抛法验证动量守恒定律 例 在实验室里为了验证动量守恒定律，一般采用如图甲、乙所示的两种装置。 (1)若入射小球质量为m1，半径为r1；被碰小球质量为m2，半径为r2，则要求_____。 A.m1>m2　r1>r2 B.m1>m2　r1<r2 C.m1>m2　r1＝r2 D.m1<m2　r1＝r2 (2)若采用图乙所示装置进行实验，以下所提供 的测量工具中必需的是________、________。 A.直尺 B.游标卡尺 C.天平 D.弹簧测力计 E.秒表 (3)设入射小球的质量为m1，被碰小球的质量为m2，则在用图甲所示装置进行实验时(P为碰前入射小球落点的平均位置)，所得“验证动量守恒定律”的结论为________________(用装置图中的字母表示)。 (4)若用图乙所示装置进行实验时(P为碰前入射小球落点的平均位置)，所得“验证动量守恒定律”的结论为________________(用装置图中的字母表示)。 方案一：利用气垫导轨和光电门验证动量守恒 例 (2024·广东梅州高二联考)如图所示，物理探究小组运用气垫导轨研究水平面上的碰撞，已知滑块P和遮光条的质量为m。滑块Q和遮光条的质量为M，其中两遮光条的宽度相同。现启动电源，将气垫导轨调节水平。然后将带有遮光条的滑块P和Q放置在气垫导轨上，滑块P位于光电门1的左侧，滑块Q位于光电门1和光电门2之间。 (1)气垫导轨调节水平的依据是给滑块一个初速度，滑块通过光电门1和2，若光电门1和2记录的时间________，就能证明气垫导轨调节水平。 (2)给滑块P一个初速度，P与静止的Q碰撞，要求碰后P反弹，则P、Q的质量关系为m______M(选填“>”“＝”或“<”)。若P先后通过光电门1时光电门记录的时间分别为Δt1和Δt2，Q通过光电门2时光电门记录的时间为Δt3，则碰撞过程动量守恒的表达式为______________(用题目所给物理量的字母表示)。 探究　三种创新拓展方案 方案二：利用做圆周运动的小球验证动量守恒 例 某同学用如图所示装置验证动量守恒定律，用轻质细线将小球1悬挂于O点，悬点O到小球1球心的距离为L，被碰小球2放在光滑的水平台面边缘。拉紧细线，使小球1从右方的A点(OA与竖直方向的夹角为α)由静止释放，运动到最低点B时恰与小球2发生正碰，碰撞后，小球1继续向左运动到C位置，小球2落到水平地面上到台面边缘水平距离为s的D点。 (1)实验中已经测得上述物理量中的α、L、s及小球1、2的质量m1、m2，为了验证两球碰撞过程动量守恒，还应该测量的物理量有____________、______________(要求填写所测物理量的名称及符号)。 (2)用测得的物理量来表示，只要满足关系式____________________________，则说明两小球碰撞前后的动量守恒。 方案三：利用打点计时器验证动量守恒 例 某同学设计用如图所示的装置来验证动量守恒定律。打点计时器打点频率为50 Hz。步骤一：用垫块垫起长木板的右端，使之具有 一定的倾角，调节倾角，使得轻推一下滑块甲(前端粘有橡皮泥，后端连接纸带)或者滑块乙之后它们均能在长木板上做匀速直线运动。 步骤二：把乙放在长木板合适的位置，甲靠近打点计时器，接通打点计时器的电源，轻推一下甲，甲向下运动与乙发生碰撞并粘在一起。 步骤三：一段时间后关闭打点计时器的电源，取下纸带。更换纸带后重复第二步操作。 步骤四：选取点迹清晰的纸带，标出若干计数点O、A、B……I，测量各计数点到O点的距离。其中一条纸带的数据如图所示。 (1)由图示的纸带及其数据来看，纸带的 _____端(填“左”或“右”)连接滑块甲。 在打下________点和________点之间的时 间内，甲、乙发生碰撞。 (2)相邻计数点之间还有四个点迹没有画出来，碰撞前滑块甲的速度大小是________m/s，碰撞后粘连体的速度大小是_________m/s(结果均保留2位小数)。 (3)测得滑块甲、乙的质量均为0.20 kg，碰撞前滑块甲的动量是________kg·m/s。碰撞后滑块甲、乙的总动量是______kg·m/s(结果均保留3位小数)。 (4)通过计算可以得出结论___________________________________________。 三种创新实验的核心在于碰前和碰后速度的测量方法 方案三：利用打点计时器验证动量守恒 $