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教科版选择性必修第一册

第一章 动量与动量守恒定律 Impulse-Momentum 体会将不易测量的物理量转化为易测量的物理量的实验设计思想。 03 掌握一维碰撞下速度的测量及数据处理的方法。 会根据实验原理设计实验方案。 02 01 重点 重难点 为什么石墩1撞了石墩2后不动了？符合动量守恒定律吗？ 公司logo 公司logo 情境导入 验证动量守恒定律 实验思路 (1)动量守恒的条件是什么？ 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、气垫导轨 若利用平抛运动知识测速度需要什么器材？怎样布置？ 实验器材 斜槽轨道、半径相等的钢球和玻璃球、白纸、复写纸、小铅锤、天平(附砝码)、毫米刻度尺、圆规。 一维正碰 m入>m被碰 平抛运动 求速度 实验操作 1.取两个大小相同的小球，测出质量m1、m2。 2.安装好装置并使斜槽末端水平。 3.在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸。 4.在白纸上记下重垂线所指的位置O （两小球做平抛运动的初始位置的水平投影） 点击图片超链接到实验操作视频 m1 O P 5.让入射小球单独从斜槽上某一高度处静止滚下，重复10次。 圆心即为小球平均落点 m1 m2 M N O P 6.把被碰小球放在斜槽末端，让入射小球从同一高度由静止滚下，使它们发生正碰，重复10次，两球分别在白纸上留下落地碰撞的痕迹。 P M N 7.过O和N在纸上作一直线。 8.用刻度尺量出线段OM、OP、ON的长度。 9.把相应的数值代入m1·OP=m1·OM+m2·ON，是否成立。 数据处理、分析 球做平抛运动，由h=gt2，x=vt，得v=x，h相同时，v与x成正比。在误差允许范围内m1·OP=m1·OM+m2·ON 成立，则钢球碰撞前后总动量守恒。 数据分析： 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 验证动量守恒定律 实验分析 ① ② ③ m入射>m被碰 让入射球每次从同一高度静止释放，确保入射小球在碰撞前有相同的速度。 使斜槽末端水平，确保两小球速度水平并发生正碰。 误差分析： (1)系统误差：装置本身是否符合要求。实际操作中，白纸的位置 可能发生改变。 (2)偶然误差：质量和碰撞前后速度(或水平射程)的测量。 1.(2024·凉山州高二期中改编)实验室图甲装置验证动量守恒定律。 (1)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：  A.m1>m2，r1>r2 B.m1>m2，r1<r2 C.m1<m2，r1=r2 D.m1>m2，r1=r2 √ (2)在本实验中，必须要遵循的要求有 A.斜槽轨道必须是光滑的 B.入射球每一次可以从不同高度由静止滚下 C.碰撞的瞬间，入射球和被碰球的球心连线与轨道末端的切线平行 √ 例题 (1)在实验中，入射小球和被碰小球要正碰，且入射小球不反弹，所以两个小球的半径必须相等，且入射小球的质量要大于被碰小球的质量。故选D。 (2)要验证动量守恒定律，必须保证斜槽末端切线水平，但不需要光滑，故A错误； 为了保证碰撞前入射小球的速度相等，入射球每次都要从同一高度由静止滚下，故B错误； 为保证碰撞以后的小球都能够做平抛运动，因此要求小球球心连线与轨道末端的切线平行，故C正确。 (3)图甲中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影点。实验时，先将入射小球多次从斜轨上S位置由静止释放，找到其平均落地点的位置P，测量平抛射程OP。然后把被碰小球静止放在轨道的水平部分，再将入射小球从斜轨上S位置由静止释放，与被碰小球相撞，并多次重复。 还要完成的必要步骤是　 　(填选项前的符号)。  A.用天平测量两个小球的质量m1、m2 B.测量入射小球开始释放高度h C.测量抛出点距地面的高度H D.分别找到入射小球、被碰小球相碰后平均落地点的位置M、N E.测量平抛射程OM、ON ADE (4)验证两球相碰前后的动量守恒的表达式为 。 (用上问所需测量物理量的字母表示)   m1·OP=m1·OM+m2·ON (5)经测定，m1=30.0 g，m2=5.0 g，小球落地点的平均位置距O点的距离如图乙所示。碰撞前、后入射小球的动量分别为p1与p1'；若碰撞结束时被碰小球的动量为p2'。实验结果说明，碰撞前、后总动量的比值为　　　(结果保留3位有效数字)。  1.01 例题 (3)验证m1·OP=m1·OM+m2·ON，因此要测量两个小球的质量m1和m2以及它们的水平射程OM和ON，而要确定水平射程，应先分别确定两个小球落地的平均落点，没有必要测量小球开始释放的高度h和抛出点距地面的高度H。故应完成的步骤是A、D、E。 (4)若两球相碰前后的动量守恒，其表达式为m1v0=m1v1+m2v2 由于初速度与射程成正比，表达式可变形为m1·OP=m1·OM+m2·ON (5)碰撞前、后总动量的比值为 = ≈1.01。 完成上述实验后，某实验小组对装置进行了改造。在水平槽右方竖直固定一木板，使小球A从斜槽上C点由静止滚下，重复上述实验的操作，得到两球落在木板上的平均落点M、P、N。用刻度尺测量木板上与小球B球心等高的点B'到M、P、N三点的高度差分别为L1、L2、L3。 = + 则验证两球碰撞过程中动量守恒的表达式为 (用所测物理量的字母表示).  拓展 小球从斜槽末端抛出后做平抛运动，水平距离x相等，有h=gt2，x=v0t，则v0=x，若碰撞过程动量守恒，即m1v1=m1v1'+m2v2，则=+。 (1)气垫导轨上安装了1、2两个光电门，滑块B上固定一竖直遮光条，用游标卡尺测得遮光条的宽度d，接通气源后，将滑块B轻放在导轨上，给其一水平初速度，若通过光电门1的时间大于通过光电门2的时间，则调节气垫导轨的调节旋钮P使导轨左端的高度　 　(填“升高”或“降低”)，直到使轻推后的滑块B通过光电门1的时间 　　(填“大于”“小于”或“等于”)通过 光电门2的时间，即说明滑块B在气垫导轨上 近似做 运动。  2.(2024·眉山高二月考)某同学利用图示装置验证动量守恒定律： 降低 等于 匀速直线 例题 (2)滑块A的右端、滑块B的左端装有粘扣(如图乙所示)，用天平测出滑块A(含粘扣)的总质量m1和滑块B(含粘扣和遮光条)的总质量m2，将滑块A静置于两光电门之间，滑块B静置于光电门2右侧，推一下滑块B，使其获得水平向左的速度，测得滑块B经过光电门2的挡光时间为Δt1，滑块B和滑块A碰后粘在一起向左运动，经过光电门1记录的挡光时间为Δt2。验证该碰撞过程动量守恒，则他要验证的关系 式是 (用题给物理量的字母表示)。  = 例题 (1)若通过光电门1的时间大于通过光电门2的时间，即经过光电门1的速度较小，导轨左端过高，则可通过调节气垫导轨的调节旋钮P使导轨左端的高度降低，直到使轻推后的滑块B通过光电门1的时间等于通过光电门2的时间，即说明滑块B在气垫导轨上近似做匀速直线运动。 (2)滑块B经过光电门2的速度为v1= 滑块A、B一起经过光电门1的速度为v2= 则要验证的关系式为m2v1=(m1+m2)v2，即=。 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。 公司logo 公司logo 针对训练 (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 公司logo 公司logo 针对训练 (1)从图中可以看出，s应是B球初始位置到B球平均落地点的水平距离。 (2)还应测量的物理量是A球的质量mA、B球的质量mB、A球开始的摆角α和向左摆动的最大摆角β、B球下落的高度H、O点到A球球心的距离L。 (3)根据机械能守恒定律：mAgL(1-cos α)=mAA球碰前的动量pA=mAvA，联立解得pA=mA；根据机械能守恒定律：mAgL(1-cos β)=mAvA'2，A球碰后的动量pA'=mAvA'，联立解得pA'=mAB球做平抛运动，由平抛运动的规律可得H=gt2，s=vBt，B球碰后的动量pB'=mBvB，联立解得pB'=mBs。 验证动量守恒定律 碰撞时间极短，内力≫外力。m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2' 原理 速度测量 实验过程 1.测两球质量m1，m2 2.调整斜槽末端水平 3.入射球单独同一高度静止滚下，记录平均落点P 4.两球正碰，记录平均落点M（入射球）、N（被碰球） 5.测量 OP、OM、ON，验证m1·OP=m1·OM+m2·ON 误差允许范围内，满足m1·OP=m1·OM+m2·ON，则系统动量守恒 结论 通过平抛运动水平射程OP、OM、ON间接计算速度 课堂小结 本课结束 Keep Thinking! $JKJKJKJK刀咔嗒。 null