高中物理 第一章 碰撞与动量守恒 实验 验证动量守恒定律同步备课课件 粤教版选修35.ppt

第一章 实验 验证动量守恒定律 学习目标1 掌握验证动量守恒定律的方法和基本思路 2 掌握直线运动物体速度的测量方法 内容索引 知识探究 题型探究 知识探究 一 实验目的 验证碰撞中的动量守恒定律二 实验原理为了使问题简化 这里研究两个物体的碰撞 且碰撞前两物体沿同一直线运动 碰撞后仍沿这一直线运动 设两个物体的质量分别为m1 m2 碰撞前的速度分别为v1 v2 碰撞后的速度分别为v1 v2 如果速度与我们规定的正方向相同取正值 相反取负值 根据实验求出两物体碰前动量p m1v1 m2v2 碰后动量p m1v1 m2v2 看p与p 是否相等 从而验证动量守恒定律 三 实验设计实验设计需要考虑的问题 1 如何保证碰撞前后两物体速度在一条直线上 2 如何测定质量和速度 测量质量用天平 测定碰撞前后的速度 这是实验成功的关键 四 实验案例气垫导轨上的实验器材 气垫导轨 气泵 光电计时器 天平等 气垫导轨装置如图1所示 由导轨 滑块 挡光片 光电门等组成 在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔 向导轨空腔内不断通入压缩空气 压缩空气会从小孔中喷出 使滑块稳定地漂浮在导轨上 如图2所示 图中气垫层的厚度放大了很多倍 这样大大减小了由摩擦产生的影响 图1 图2 设 x为滑块 挡光片 的宽度 t为数字计时器显示的滑块 挡光片 经过光电门的时间 则v 五 实验步骤1 调节气垫导轨 使其水平 是否水平可按如下方法检查 打开气泵后 导轨上的滑块应该能保持静止 2 按说明书连接好数字计时器与光电门 3 如图3所示 把中间夹有弯形弹簧片的两滑块置于光电门中间保持静止 烧断拴弹簧片的细线 测出两滑块的质量和速度 将实验结果记入设计好的表格中 图3 4 如图4所示 在滑块上安装好弹性碰撞架 将两滑块从左 右以适当的速度经过光电门后在两光电门中间发生碰撞 碰撞后分别沿各自碰撞前相反的方向运动再次经过光电门 光电计时器分别测出两滑块碰撞前后的速度 测出它们的质量后 将实验结果记入相应表格中 图4 5 如图5所示 在滑块上安装好撞针及橡皮泥 将装有橡皮泥的滑块停在两光电门之间 装有撞针的滑块从一侧经过光电门后两滑块碰撞 一起运动经过另一光电门 测出两滑块的质量和速度 将实验结果记入相应表格中 图5 6 根据上述各次碰撞的实验数据验证碰撞前后的动量是否守恒 实验数据记录表 实验结论 碰撞前后两滑块的动量守恒 题型探究 例1某同学利用气垫导轨做验证碰撞中的动量守恒的实验 气垫导轨装置如图6所示 所用的气垫导轨装置由导轨 滑块 弹射架 光电门等组成 1 下面是实验的主要步骤 安装好气垫导轨 调节气垫导轨的调节旋钮 使导轨水平 向气垫导轨通入压缩空气 接通光电计时器 把滑块2静止放在气垫导轨的中间 图6 滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳 释放滑块1 滑块1通过光电门1后与左侧固定弹簧的滑块2碰撞 碰后滑块1和滑块2依次通过光电门2 两滑块通过光电门2后依次被制动 读出滑块通过两个光电门的挡光时间分别为滑块1通过光电门1的挡光时间 t1 10 01ms 通过光电门2的挡光时间 t2 49 99ms 滑块2通过光电门2的挡光时间 t3 8 35ms 测出挡光片的宽度d 5mm 测得滑块1 包括撞针 的质量为m1 300g 滑块2 包括弹簧 的质量为m2 200g 2 数据处理与实验结论 实验中气垫导轨的作用是a b 解析 答案 大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引 起的误差 保证两个滑块的碰撞是一维的 解析a 大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差 b 保证两个滑块的碰撞是一维的 碰撞前滑块1的速度v1为 m s 碰撞后滑块1的速度v2为 m s 滑块2的速度v3为 m s 结果保留两位有效数字 解析 答案 0 50 解析 0 10 0 60 滑块1碰撞之后的速度 滑块2碰撞后的速度 在误差允许的范围内 通过本实验 同学们可以探究出哪些物理量是不变的 通过对实验数据的分析说明理由 至少回答2个不变量 a b 解析 答案 系统碰撞前后总动量不变 碰撞前后总动能不变 c 碰撞前后质量不变 解析a 系统碰撞前后总动量不变 因为系统碰撞前的动量m1v1 0 15kg m s 系统碰撞后的动量m1v2 m2v3 0 15kg m sb 碰撞前后总动能不变 c 碰撞前后质量不变 例2某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞中动量变化的规律的实验 在小车a的前端粘有橡皮泥 推动小车a使之做匀速直线运动 然后与原来静止在前方的小车b相碰并粘合成一体 继续做匀速直线运动 他设计的具体装置如图7所示 在小车a后连着纸带 电磁打点计时器电源频率为50hz 长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力 图7 1 若已得到打点纸带如图8所示 并测得各计数点间的距离标在图上 a为运动起始的第一点 则应选 段来计算小车a的碰前速度 应选 段来计算小车a和小车b碰后的共同速度 填 ab bc cd 或 de 解析 答案 bc de 图8 解析因小车做匀速运动 应取纸带上打点均匀的一段来计算速度 碰前bc段点距相等 碰后de段点距相等 故取bc段 de段分别计算碰前小车a的速度和碰后小车a和小车b的共同速度 2 已测得小车a的质量ma 0 40kg 小车b的质量mb 0 20kg 由以上的测量结果可得 碰前两小车的总动量为 kg m s 碰后两小车的总动量为 kg m s 解析 答案 0 420 0 417 解析碰前小车速度 其动量 pa mava 0 40 1 05kg m s 0 420kg m s 碰后小车a和小车b的共同速度 碰后总动量pab ma mb vab 0 40 0 20 0 695kg m s 0 417kg m s从上面计算可知 在实验误差允许的范围内 碰撞前后总动量不变 例3某同学用图9甲所示的装置通过半径相同的a b两球的碰撞来探究动量守恒定律 图中sq是斜槽 qr为水平槽 实验时先使a球从斜槽上某一固定位置g由静止开始滚下 落到位于水平地面的记录纸上留下痕迹 再把b球放在水平槽上靠近末端的地方 让a球仍从位置g由静止滚下 和b球碰撞后 a b两球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹 重复这种操作10次 图中o点是水平槽末端r在记录纸上的垂直投影点 b球落点痕迹如图乙所示 其中米尺水平放置 且平行于g r o所在平面 米尺的零点与o点对齐 1 碰撞后b球的水平射程on应取为 cm 图9 65 2 解析 答案 解析水平射程是将10个不同的落点用尽量小的圆圈起来 其圆心即为平均落点 从题图乙上可读出约为65 2cm 2 该同学实验数据记录如表所示 设两球在空中运动的时间为t 请根据数据求出两球碰撞前的动量之和是 两球碰撞后的动量之和是 由此得出的结论是 解析