1.3 科学验证：动量守恒定律 课件-2025-2026学年高二上学期物理鲁科版选择性必修第一册

第一章 动量及其守恒定律 Impulse-Momentum 会判断实验误差的主要来源，并能提出减小实验误差的方法。 03 熟练掌握验证各种碰撞情况下系统动量守恒的方法。 会根据验证动量守恒定律的实验原理，设计实验方案。 02 01 重点 难点 难点 学习目标 (1)动量守恒的条件是什么？创设怎样的情景验证动量守恒定律？ 系统所受合外力为零或者某个方向合外力为零。 碰撞时间很短，内力远大于外力，满足动量守恒 (2)实验原理是什么？需要测量哪些物理量？ 一维碰撞中，若系统所受合外力为零，则系统动量守恒 m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2' 天平 平抛运动知识、光电门、打点计时器 公司logo 公司logo 复习导入 研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 01 若利用平抛运动知识验证需要什么器材？怎样设计实验？ 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。 一维正碰 m入>m被碰 h=gt2，x=vt，得v=x可不求速度，测水平位移 公司logo 公司logo 思考与讨论 实验原理与设计 让小球A、B正碰，碰撞前A速度v1，B静止，碰后速度分别是v1'和v2'。 根据动量守恒定律：m1v1＝m1v1'＋m2v2' 根据平抛运动知识：h=gt2，x=vt，得v=x，h相同时，v与x成正比。 只要验证m1lOP＝m1lOM＋m2lON，即可验证动量守恒定律。 (1)用天平测出两个小球的质量m1、m2 (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。 公司logo 公司logo 核心知识 点击图片超链接到实验操作视频 m1 O P (3)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。 圆心即为小球平均落点 实验步骤 m1 m2 M N O P (4)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。 实验步骤 P M N (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。 数据分析、实验结论 在误差允许范围内m1lOP＝m1lOM＋m2lON成立，则碰撞过程中动量守恒。 实验结论： 可以不测速度的具体数值 将不易测量的物理量转换为易测量的物理量 (6)改变点C位置，重复上述实验步骤。 验证动量守恒定律 偶然误差 系统误差 (1)小球质量的测量 (2)P、M、N各点的平均位置 (1)斜槽末端没有水平，小球离开斜槽后不做平抛运动 (2)A、B球碰撞时不是严格的一维正碰 系统误差 注意事项 斜槽末端切线必须水平 判断方法： 将小球放到斜槽末端任意位置，均不滚动 ② 同一实验中， 必须保证球A每次都从斜槽上同一点由静止释放 ④ 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，圆心的位置为各点的平均位置 ③ mA>mB 事项1 事项2 事项3 事项4 1.(2025·上杭县高二期中)某小组用如图示“碰撞实验器”验证两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量守恒定律。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 (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 (1)小球A每次自由滚下时，需保证高度不变，以保证小球A滚到抛出点时的速度不变，故A正确，B错误； 斜槽轨道末端必须水平，以保证小球A碰撞前速度水平，并且保证小球A、B做平抛运动，故C正确； 只要小球A从斜槽轨道上同一位置静止释放即可，并不需要斜槽轨道必须光滑，故D错误。 (2)为保证两球发生正碰，则两球半径必须相等，即r1＝r2；为防止碰后入射球反弹，则入射球的质量要大于被碰球的质量，即m1>m2。故选B。 (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 (3)本实验中小球的速度由水平位移代表，不必测量GR的高度和R点离地面的高度，A、B错误；验证动量守恒定律时，需要知道小球的质量，C正确；小球的半径保证一样即可，无需测量两小球的半径，D错误。 (4)小球做平抛运动，下落的时间都相同，设为t，则若动量守恒， 则m1v0＝m1v1＋m2v2，两边同乘t得m1v0t＝m1v1t＋m2v2t 即m1·OP＝m1·OM＋m2·ON (5)将OM＝15.5 cm，OP＝25.5 cm，ON＝40.0 cm 代入m1·OP＝m1·OM＋m2·ON 解得。 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＋m2 D. √ 拓展 由于碰后两小球做平抛运动， 故水平方向和竖直方向分别满足x＝vt，y＝gt2，解得v＝x， 由动量守恒得m1v1＝m1v1'＋m2v2'，整理得，故选A。 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 √ 设抛出点到斜面落点距离为L，设斜面与竖直方向夹角为θ， 则根据平抛规律x＝Lsin θ＝vt，Lcos θ＝gt2， 解得v＝＝sin θ， 由动量守恒得m1v1＝m1v1'＋m2v2'， 代入数据整理得m1＝m1＋m2，故选C。 实验拓展与创新 02 若利用气垫导轨验证动量守恒怎样设计实验？还需哪些器材？ 气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个、安装有挡光片)、重物、弹射架、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等。 一维正碰 滑块的速度v＝ Δs为挡光片宽度，Δt为挡光时间 公司logo 公司logo 思考与讨论 实验方案 ①在两个滑块的碰撞端分别安装撞针和橡皮泥，使两滑块碰撞后连成一个整体运动。 ②左侧滑块1压缩左侧弹射架，放手后测出滑块1经过左侧光电门的速度，碰撞后滑块1、2一起向右运动，测出它们经过右侧光电门的速度。 在误差允许范围内符合，即可验证动量守恒定律。 ③改变滑块1、2的质量，重复几次实验 v＝ 公司logo 公司logo 核心知识 点击图片超链接到实验操作视频 若利用打点计时器和纸带验证动量守恒怎样设计实验？还需哪些器材？ 长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥等。 一维正碰 处理纸带得到速度 公司logo 公司logo 思考与讨论 实验方案 ①先平衡摩擦力，然后在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥。 在误差允许范围内符合m1v1=（m1+m2）v，即可验证动量守恒定律。 ②接通电源，让小车A向右运动，小车B静止，两车碰撞时撞针插入橡皮泥中，两小车连成一体继续向右运动。 找到分布均匀的两段，计算出碰撞前后小车的速度 ③处理纸带： 公司logo 公司logo 核心知识 点击图片超链接到实验操作视频 2.(2023·漳州市高二期末)如图甲，某同学利用气垫导轨做“验证动量守恒定律”实验。滑块A和滑块B的质量(包括遮光条)分别为m1和m2。实验中弹射装置每次给A的初速度均相同，B初始处于静止状态。 A的遮光条两次通过光电门1的挡光时间分别为Δt1、Δt3，B的遮光条通过光电门2的挡光时间为Δt2。 例题 (1)打开气泵，先取走滑块B，待气流稳定后将滑块A从气垫导轨右侧弹出，测得光电门1的挡光时间小于光电门2的挡光时间，为使导轨水平，可调节左侧底座旋钮，使轨道左端_____(填“升高”或“降低”)一些。  降低 (2)用游标卡尺测量遮光条的宽度d如图乙所示，其读数为_____ mm；  14.8 (1)打开气泵，先取走滑块B，待气流稳定后将滑块A从气垫导轨右侧弹出，根据v＝，测得光电门1的挡光时间小于光电门2的挡光时间，表明滑块运动相同的距离时，时间变大，速度变小，做减速运动，为使导轨水平，可调节左侧底座旋钮，使轨道左端降低一些。 (2)遮光条的宽度d＝14 mm＋0.1 mm×8＝14.8 mm。 (4)本实验的系统误差与下列哪些因素有关_____。  A.气垫导轨没有调成水平状态 B.遮光条宽度不够窄 C.测量滑块质量时未计入遮光条质量 AC (3)经测量滑块A、B上的遮光条宽度相同，则验证动量守恒的表达式为？(用m1、m2、Δt1、Δt2、Δt3表示)；  (3)根据动量守恒定律得m1·＝m2·－m1·，解得 。 (4)气垫导轨没有调成水平状态或者测量滑块质量时未计入遮光条质量都是由于实验原理不完善或者实验方法不合理造成的误差，属于系统误差，选项A、C正确； 由表达式可知，遮光条的宽度d从表达式两边消掉了，即遮光条宽度对实验不会造成误差，B错误。 验证动量守恒定律 碰撞时间极短，内力≫外力。m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2' 原理 斜槽末端小球碰撞 气垫导轨、光电门 m1v1=（m1+m2）v 打点计时器 m1lOP＝m1lOM＋m2lON 课堂小结 本课结束 Keep Thinking! Lavf58.9.100 vid:v0200fg10000cla7a5rc77ua53mutlu0 $null再将两个滑块轻放在气垫导轨上，滑动滑块A使其撞击滑块B碰撞完之后，数字计时器会记录下滑块AB碰撞前后的速度。