【教科版選修3-5】高中物理：14《動量守恒定律的應用(第4課時)》課件

高中物理·選修3-5·教科版1.3動量守恒定律的應用第五課時實驗：探究動量守恒定律12024/4/1高中物理·選修3-5·教科版1.3動量守恒定律的應用第五[目標定位]

1.明確探究物體碰撞中動量變化規(guī)律的基本思路.2.掌握直線運動物體速度的測量方法．22024/4/1[目標定位]1.明確探究物體碰撞中動量變化規(guī)律的基本思路.猜想與假設

為了使問題簡化，這里研究兩個物體的碰撞，且碰撞前兩物體沿同一直線運動，碰撞后仍沿這一直線運動．

設兩個物體的質量分別為m1、m2，碰撞前的速度分別為v1、v2，碰撞后的速度分別為v1′、v2′，如果速度與我們規(guī)定的正方向相同取正值，相反取負值．

根據實驗求出兩物體碰前動量p＝m1v1＋m2v2，碰后動量p′＝m1v1′＋m2v2′，看p與p′是否相等，從而驗證動量守恒定律．32024/4/1猜想與假設32024/3/31實驗設計

實驗設計需要考慮的問題： (1)如何保證碰撞前后兩物體速度在一條直線上． (2)如何測定碰撞前、后兩物體的速度．實驗案例氣墊導軌上的實驗

氣墊導軌、氣泵、光電計時器、天平等．

氣墊導軌裝置如圖1－7－1所示，由導軌、滑塊、擋光片、光電門等組成，在空腔導軌的兩個工作面上均勻分布著一定數量的小孔，向導軌空腔內不斷通入壓縮空氣，壓縮空氣會從小孔中噴出，使滑塊穩(wěn)定地漂浮在導軌上(如42024/4/1實驗設計42024/3/31圖1－7－2所示，圖中氣墊層的厚度放大了很多倍)，這樣大大減小了由摩擦產生的影響．圖1－7－252024/4/1圖1－7－2所示，圖中氣墊層的厚度放大了很多倍)，這樣大大減(1)質量的測量：用_____測量．(2)速度的測量：用___________測量．圖1－7－2天平光電計時器62024/4/1(1)質量的測量：用_____測量．圖1－7－2天平光電計時實驗步驟1．如圖1－7－2所示調節(jié)氣墊導軌，使其水平．是否水平可按如下方法檢查：打開氣泵后，導軌上的滑塊應該能保持靜止．2．按說明書連接好數字計時器與光電門．3．如圖1－7－3所示，把中間夾有彎形彈簧片的兩滑塊置于光電門中間保持靜止，燒斷拴彈簧片的細線，測出兩滑塊的質量和速度，將實驗結果記入設計好的表格中．72024/4/1實驗步驟72024/3/31圖1－7－34．如圖1－7－4所示，在滑塊上安裝好彈性碰撞架．將兩滑塊從左、右以適當的速度經過光電門后在兩光電門中間發(fā)生碰撞，碰撞后分別沿各自碰撞前相反的方向運動再次經過光電門，光電計時器分別測出兩滑塊碰撞前后的速度．測出它們的質量后，將實驗結果記入相應表格中．82024/4/1圖1－7－382024/3/31圖1－7－45．如圖1－7－5所示，在滑塊上安裝好撞針及橡皮泥，將裝有橡皮泥的滑塊停在兩光電門之間，裝有撞針的滑塊從一側經過光電門后兩滑塊碰撞，一起運動經過另一光電門，測出兩滑塊的質量和速度，將實驗結果記入相應表格中．92024/4/1圖1－7－492024/3/31圖1－7－5102024/4/1圖1－7－5102024/3/316．根據上述各次碰撞的實驗數據尋找物體碰撞中動量變化的規(guī)律．氣墊導軌實驗數據記錄表

實驗結論：碰撞前后兩滑塊的動量之和保持不變．碰撞(燒斷)前碰撞(燒斷)后質量m(kg)m1m2m1m2速度v(m·s－1)v1v2v1′v2′mv(kg·m·s－1)m1v1＋m2v2m1v1′＋m2v2′結論112024/4/16．根據上述各次碰撞的實驗數據尋找物體碰撞中動量變化的規(guī)律．典例分析【例1】

(2014·課標Ⅱ)現利用圖1－7－6(a)所示的裝置驗證動量守恒定律．在圖(a)中，氣墊導軌上有A、B兩個滑塊，滑塊A右側帶有一彈簧片，左側與打點計時器(圖中未畫出)的紙帶相連；滑塊B左側也帶有一彈簧片，上面固定一遮光片，光電計時器(未完全畫出)可以記錄遮光片通過光電門的時間．122024/4/1典例分析122024/3/31圖1－7－6132024/4/1圖1－7－6132024/3/31實驗測得滑塊A的質量m1＝0.310kg，滑塊B的質量m2＝0.108kg，遮光片的寬度d＝1.00cm；打點計時器所用交流電的頻率f＝50.0Hz.將光電門固定在滑塊B的右側，啟動打點計時器，給滑塊A一向右的初速度，使它與B相碰．碰后光電計時器顯示的時間為ΔtB＝3.500ms，碰撞前后打出的紙帶如圖(b)所示．142024/4/1實驗測得滑塊A的質量m1＝0.310kg，滑塊B的質量m2答案見解析152024/4/1答案見解析152024/3/31162024/4/1162024/3/31【例2】某同學利用氣墊導軌做“探究碰撞中的動量變化規(guī)律”的實驗，氣墊導軌裝置如圖1－7－7所示，所用的氣墊導軌裝置由導軌、滑塊、彈射架、光電門等組成． (1)下面是實驗的主要步驟：

①安裝好氣墊導軌，調節(jié)氣墊導軌的調節(jié)旋鈕，使導軌水平；圖1－7－7172024/4/1【例2】某同學利用氣墊導軌做“探究碰撞中的動量變化規(guī)律”的②向氣墊導軌通入壓縮空氣；③接通光電計時器；④把滑塊2靜止放在氣墊導軌的中間；⑤滑塊1擠壓導軌左端彈射架上的橡皮繩；⑥釋放滑塊1，滑塊1通過光電門1后與左側固定彈簧的滑塊2碰撞，碰后滑塊1和滑塊2依次通過光電門2，兩滑塊通過光電門后依次被制動；⑦讀出滑塊通過兩個光電門的擋光時間分別為滑塊1通過光電門1的擋光時間Δt1＝10.01ms，通過光電門2的擋光時間Δt2＝49.99ms，滑塊2通過光電門2的擋光時間Δt3＝8.35ms；182024/4/1②向氣墊導軌通入壓縮空氣；182024/3/31⑧測出擋光片的寬度d＝5mm，測得滑塊1(包括撞針)的質量為m1＝300g，滑塊2(包括彈簧)質量為m2＝200g；(2)數據處理與實驗結論：①實驗中氣墊導軌的作用是：A._______________________，B．__________________________．②碰撞前滑塊1的速度v1為________m/s；碰撞后滑塊1的速度v2為________m/s；滑塊2的速度v3為________m/s；(結果保留兩位有效數字)192024/4/1⑧測出擋光片的寬度d＝5mm，測得滑塊1(包括撞針)的質量③在誤差允許的范圍內，通過本實驗，同學們可以探究出碰撞前后系統(tǒng)的總動量和總動能如何變化？通過對實驗數據的分析說明理由．a．________________________；b．________________________．答案

①A.大大減小了因滑塊和導軌之間的摩擦而引起的誤差．B．保證兩個滑塊的碰撞是一維的．②0.50

0.10

0.60③a.系統(tǒng)碰撞前、后質量與速度的乘積之和不變b．碰撞前后總動能不變202024/4/1③在誤差允許的范圍內，通過本實驗，同學們可以探究出碰撞前后系212024/4/1212024/3/31222024/4/1222024/3/31【例3】

(2014·松原高二檢測)某同學設計了一個用打點計時器做“探究碰撞中動量變化規(guī)律”的實驗：在小車A的前端粘有橡皮泥，推動小車A使之做勻速運動，然后與原來靜止在前方的小車B相碰并粘合成一體，繼續(xù)做勻速運動．他設計的實驗具體裝置如圖1－7－8所示，在小車A后連著紙帶，電磁打點計時器使用的電源頻率為50Hz，長木板下墊著小木片用以平衡摩擦力．圖1－7－8232024/4/1【例3】(2014·松原高二檢測)某同學設計了一個用打點計(1)若實驗已得到的打點紙帶如圖1－7－9所示，并測得各計數點間距(標在圖上)，則應該選________段來計算A的碰撞前速度；應選________段來計算A和B碰后的共同速度(選填“AB”、“BC”、“CD”或“DE”)．(2)已測得小車A的質量mA＝0.40kg，小車B的質量mB＝0.20kg.由以上測量結果可得：碰前mAvA＝________kg·m/s；碰后：(mA＋mB)v共＝________kg·m/s.圖1－7－9242024/4/1(1)若實驗已得到的打點紙帶如圖1－7－9所示，并測得各計數由此得出結論是_____________________________________．(本題計算結果均保留三位有效數字)答案

(1)BC

DE(2)0.420

0.417結論見解析解析

(1)小車碰前做勻速直線運動，打出紙帶上的點應該是間距均勻的，故計算小車碰前的速度應選BC段．CD段上所打的點由稀變密，可見在CD段A、B兩小車相互碰撞．A、B碰撞后一起做勻速直線運動，所以打出的點又是間距均勻的，故應選DE段計算碰后的速度．2520