1.4 實驗：驗證動量守恒定律 課件高二上學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第一冊

新人教版選擇性必修一第一章動量守恒定律第4節(jié)驗證動量守恒定律二、光的折射學(xué)習(xí)任務(wù)一：實驗思路1.兩個物體在發(fā)生碰撞時，作用時間很短。根據(jù)動量定理，它們的相互作用力很大。如果把這兩個物體看作一個系統(tǒng)，那么，雖然物體還受到重力、支持力、摩擦力、空氣阻力等外力的作用，但是有些力的矢量和為0，有些力與系統(tǒng)內(nèi)兩物體的相互作用力相比很小。因此，在可以忽略這些外力的情況下，碰撞滿足動量守恒定律的條件。v1m1m22、實驗中哪些物體組成了要研究的系統(tǒng)？3、如何創(chuàng)造實驗條件，使系統(tǒng)所受外力的矢量和近似為0？4、需要測量哪些物理量？兩個相互碰撞的物體利用氣墊導(dǎo)軌盡量減小阻力，重力與支持力平衡，系統(tǒng)外力矢量和為0物體質(zhì)量用天平測量，速度用光電門無接觸測量。1.根據(jù)動量守恒定律的表達(dá)式：m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'，實驗中我們需要測量哪些物理量？（1）測量物體的質(zhì)量：m1和m2（2）測量物體碰撞前后的速度：v1、v2、v1'、v2'2.如何測兩個物體的質(zhì)量？物體質(zhì)量可用天平直接測量3.如何測量物體碰撞前后的速度？根據(jù)你所學(xué)以往知識能說出幾種？（1）利用打點計時器測速（2）利用光電門測速（3）利用機(jī)械能守恒定律測速（4）利用平拋運(yùn)動測速學(xué)習(xí)任務(wù)二：物理量的測量二、光的折射研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時的動量守恒方案一：情景2.在兩個滑塊的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥（圖2），碰撞時撞針插入橡皮泥中，使兩個滑塊連成一體運(yùn)動。如果在兩個滑塊的碰撞端分別貼上尼龍拉扣，碰撞時它們也會連成一體。圖2滑塊碰撞后粘連情景3.原來連在一起的兩個物體，由于相互之間具有排斥的力而分開，這也可視為一種碰撞。這種情況可以通過下面的方式實現(xiàn)。在兩個滑塊間放置輕質(zhì)彈簧，擠壓兩個滑塊使彈簧壓縮，并用一根細(xì)線將兩個滑塊固定。燒斷細(xì)線，彈簧彈開后落下，兩個滑塊由靜止向相反方向運(yùn)動（圖3）。圖3彈簧使靜止滑塊分開情景1.選取兩個質(zhì)量不同的滑塊，在兩個滑塊相互碰撞的端面裝上彈性碰撞架（圖1），滑塊碰撞后隨即分開。圖1滑塊碰撞后分開1.實驗情景設(shè)置：二、光的折射2.實驗器材氣墊導(dǎo)軌、光電計時器、天平、滑塊(兩個)、彈簧片、細(xì)繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥等．研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時的動量守恒方案一：（1）質(zhì)量的測量：天平稱量出滑塊質(zhì)量m1，m2,利用加重物來改變滑塊的質(zhì)量（2）速度的測量：利用公式測出碰前m1的速度v1和碰后m1的速度v1′和m2的速度v2′Δx—遮光條寬度Δt—遮光條經(jīng)過光電門的時間3.實驗需要測量的物理量(4)使兩滑塊依次發(fā)生上圖三種碰撞情況，計算滑塊碰撞前后的速度。(1)用天平測量兩滑塊的質(zhì)量m1、m2，填入預(yù)先設(shè)計好的表格中。(2)安裝光電門，使兩個光電門之間的距離約為50cm。(6)整理實驗儀器，數(shù)據(jù)處理，尋找守恒量。(5)改變滑塊質(zhì)量，重復(fù)步驟(4)。(3)導(dǎo)軌通氣后，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌水平，使滑塊在氣墊導(dǎo)軌上保持不動或。研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時的動量守恒方案一：4.實驗步驟（1）實驗之前需要將氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平；（2）實驗時應(yīng)該確保發(fā)生的是一維碰撞；（3）測量擋光片的寬度時應(yīng)盡量減小誤差；5.注意事項mA＞mB,運(yùn)動滑塊A撞擊靜止滑塊B。兩靜止滑塊被彈簧彈開，一個向左，一個向右

運(yùn)動滑塊A撞擊靜止滑塊B，撞后兩者粘在一起。mAv1=mA·v2+mBv3mAv=(mA+mB)v共0=mAvA-mBvB研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時的動量守恒方案一：實驗數(shù)據(jù)分析研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時的動量守恒方案一：實驗演示研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時的動量守恒方案一：實驗演示研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時的動量守恒方案二：將斜槽固定在鐵架臺上，使槽的末端水平。讓一個質(zhì)量較大的小球（入射小球）從斜槽上滾下，跟放在斜槽末端的另一個大小相同、質(zhì)量較小的小球（被碰小球）發(fā)生正碰。

使入射小球從斜槽不同高度處滾下，測出兩球的質(zhì)量以及它們每次碰撞前后的速度，就可以驗證動量守恒定律。如何測量碰撞前后的速度？1、實驗裝置中的鉛錘線起什么作用？2、如何記錄并測量小球飛出的水平距離？兩球碰撞前后的速度，可以利用平拋運(yùn)動的知識求出。在這個實驗中也可以不測量速度的具體數(shù)值。做平拋運(yùn)動的小球落到地面，它們的下落高度相同，飛行時間也就相同。因此，小球碰撞后的速度之比就等于它們落地時飛行的水平距離之比。1.實驗情景設(shè)置研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時的動量守恒方案二：斜槽、同體積的鋼球兩個、重垂線、白紙、復(fù)寫紙、天平、刻度尺、圓規(guī)。(1)質(zhì)量的測量：用天平測量測小球的質(zhì)量。(2)速度的測量：利用公式

，式中x為小球平拋的水平位移，t為小球平拋運(yùn)動落地時間，但也可以不測速度的具體數(shù)值。2.實驗器材3.實驗需要測量的物理量研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時的動量守恒方案二：1.先用天平稱量出兩個小球的質(zhì)量mA、mB。3.在地上鋪一張白紙，白紙上鋪放復(fù)寫紙。2.安裝好實驗裝置，注意使實驗器的斜槽末端點的切線水平。5.先不放被碰小球，讓入射小球從斜槽上同一位置處靜止?jié)L下，重復(fù)10次，用圓規(guī)畫盡可能小的圓把所有的小球落點圈在里面，圓心就是入射小球不碰撞時的落地點。4.在白紙上記下重垂線所指的位置O,它表示入射小球mA碰撞前球心的豎直投影點。4.實驗步驟圓心即為小球平均落點6.把被碰小球放在斜槽軌道末端，讓入射小球從同一位置靜止?jié)L下，使它們發(fā)生正碰，重復(fù)10次，同理求出入射小球落點的平均位置M和被碰小球落點的平均位置N。7.用刻度尺測出線段OM、OP、ON的長度，把兩小球的質(zhì)量和相應(yīng)的水平位移數(shù)值代入m1OP＝m1OM＋m2ON，看等式是否成立。(1)斜槽末端點的切線要水平。(2)入射小球的質(zhì)量大于被碰小球的質(zhì)量，且兩球大小要相同。(3)每次入射小球在斜槽上同一高度自由滾下。(4)白紙鋪好后不能移動。(5)小球的諸多落點要用用圓規(guī)畫盡可能小的圓把所有的小球落點都圈在里面，該小圓的圓心即為小球的平均落點；研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時的動量守恒方案二：5.注意事項研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時的動量守恒方案二：實驗演示新課講授研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時的動量守恒方案二：實驗演示利用單擺驗證動量守恒方案三：碰后粘到一起θβ設(shè)擺長為L=l+r，測出擺角θ和β，可得碰前與碰后速度兩繩等長（保證對心碰撞）ABAB懸點間距離為小球直徑（保證對心碰撞）

利用打點計時器驗證動量守恒方案三：橡皮泥測出相鄰計數(shù)點間的距離Δx，

可得速度為相鄰計數(shù)點間的時間Δt，光滑桌面通過平衡摩擦力獲得利用頻閃照片驗證動量守恒方案三：分析頻閃照片中A、B滑塊碰撞前后的位置情況，設(shè)頻閃時間間隔為Δ

t，可得速度為二、光的折射當(dāng)堂達(dá)標(biāo)檢測1.如圖甲，長木板的一端墊有小木塊，可以微調(diào)木板的傾斜程度，以平衡摩擦力，使小車能在木板上做勻速直線運(yùn)動。小車A前端貼有橡皮泥，后端連一打點計時器紙帶，接通打點計時器電源后，讓小車A以某速度做勻速直線運(yùn)動，與置于木板上靜止的小車B相碰并粘在一起，繼續(xù)做勻速直線運(yùn)動。打點計時器電源頻率為50Hz，得到的紙帶如圖乙所示，已將各計數(shù)點之間的距離標(biāo)在圖上。（1）圖中的數(shù)據(jù)有AB、BC、CD、DE四段，計算小車A碰撞前的速度大小應(yīng)選哪段？計算兩車碰撞后的速度大小應(yīng)選哪段？為什么？（2）若小車A的質(zhì)量為0.4kg，小車B的質(zhì)量為0.2kg，根據(jù)紙帶數(shù)據(jù)，碰前兩小車的總動量是多少？碰后兩小車的總動量是多少？碰撞前BC，碰撞后DE（AB在加速，CD是碰撞中速度在變）碰撞前0.6848kg·m/s碰撞后0.6840kg·m/s2.某實驗小組的同學(xué)制作了一個彈簧彈射裝置,輕彈簧兩端各放一個金屬小球(小球與彈簧不連接),壓縮彈簧并鎖定,然后將鎖定的彈簧和兩個小球組成的系統(tǒng)放在內(nèi)壁光滑的金屬管中(管徑略大于兩球直徑),金屬管水平固定在離地面一定高度處,如圖所示.若解除彈簧鎖定,則這兩個金屬小球可以同時沿同一直線向相反方向彈射.現(xiàn)要測定彈射裝置在彈射時所具有的彈性勢能,并驗證碰撞過程中動量守恒,實驗小組配有足夠的基本測量工具,并按下述步驟進(jìn)行實驗:①用天平測出1、2兩球質(zhì)量分別為m1、m2;②用刻度尺測出兩管口離地面的高度均為h;③解除彈簧鎖定彈出兩球,記錄下兩球在水平地面上的落點M、N.當(dāng)堂達(dá)標(biāo)檢測根據(jù)該小組同學(xué)的實驗,回答下列問題:(1)要測定彈射裝置在彈射時所具有的彈性勢能,還需要測量的物理量有

(填選項前的字母).

A.彈簧的壓縮量ΔxB.兩球落地點M、N到對應(yīng)管口P、Q的水平距離x1、x2C.小球直徑D.兩球從彈出到落地的時間t1、t2B[解析]彈簧彈出兩球A過程中,系統(tǒng)機(jī)械能守恒,要測定壓縮彈簧的彈性勢能,可轉(zhuǎn)換為測定兩球被彈出時的動能,實驗中顯然可以利用平拋運(yùn)動測定平拋初速度以計算初動能,因此在測出平拋運(yùn)動下落高度的情況下,只需測定兩球落地點M、N到對應(yīng)管口P、Q的水平距離x1、x2..當(dāng)