高中人教物理选择性必修一1.4 实验：验证动量守恒定律（课件）新教材同步备课 - 副本

1、人教版2019版选择性必修第一册第一章 动量守恒定律1.4实验：验证动量守恒定律掌握简谐运动振幅的物理意义。课堂引入 动量守恒定律的适用条件是系统不受外力，或者所受外力的矢量和为0。我们生活中的物体受到各种力的作用，难以满足这种理想化的条件。但是，在某些情况下，可以近似满足动量守恒的条件。实验思路 动量守恒定律的适用条件是系统不受外力，或者所受外力的矢量和为0。我们生活中的物体受到各种力的作用，难以满足这种理想化的条件。但是，在某些情况下，可以近似满足动量守恒的条件。 本案例中，我们利用气垫导轨来减小摩擦力，利用光电计时器测量滑块碰撞前后的速度。实验装置如图所示。可以通过在滑块上添加已知质量的

2、物块来改变碰撞物体的质量。方案一、研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 实验器材气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个)、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等方案一、研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 1.选取两个质量不同的滑块，在两个滑块相互碰撞的端面装上弹性碰撞架（图1），滑块碰撞后随即分开。2.在两个滑块的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥（图2），碰撞时撞针插入橡皮泥中，使两个滑块连成一体运动。如果在两个滑块的碰撞端分别贴上尼龙拉扣，碰撞时它们也会连成一体。实验步骤：图1 滑块碰撞后分开图2 滑块碰撞后粘连方案一、研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 3.原来连在一起的两个物体，由于相互

3、之间具有排斥的力而分开，这也可视为一种碰撞。这种情况可以通过下面的方式实现。在两个滑块间放置轻质弹簧，挤压两个滑块使弹簧压缩，并用一根细线将两个滑块固定。烧断细线，弹簧弹开后落下，两个滑块由静止向相反方向运动（图3）。实验步骤：图3 弹簧使静止滑块分开方案一、研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 物理量的测量(1)滑块的质量用天平直接测量。(2)速度的测量：v ，式中的x为滑块上挡光板的宽度，t为光电计时器记录的滑块上的挡光板经过光电门的时间。方案一、研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 碰撞情境的实现利用轻质弹簧、细线、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等设计各种类型的碰撞，通过在滑块上添加已知质量

4、的物块来改变碰撞物体的质量。(1)情境1：质量不同的两滑块，一静一动碰撞；(2)情境2：两滑块追碰、相向碰，碰撞后分开；(3)情境3：两滑块挤压弹簧后用细线连接，烧断细线后两滑块分开；(4)情境4：两滑块碰撞后，撞针插入橡皮泥中，使滑块连成一体。方案一、研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 (1)规定正方向，碰撞前后速度的方向与正方向相同为正，相反为负。(2)通过计算碰撞前后的总动量，检验是否满足动量守恒定律。数据记录与处理方案一、研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 演示视频情境3方案一、研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 演示视频情境4方案一、研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 本案例中，我们

5、研究两个小球在斜槽末端发生碰撞的情况。方案二、研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 实验器材斜槽、小球(两个)、天平、复写纸、白纸等方案二、研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 用天平测出两个小球的质量，并选质量大的小球为入射小球。测质量：方案二、研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 实验装置：将斜槽安装在水平桌面上，并调整斜槽使其末端水平，在地面上铺上白纸，上面再铺好复写纸，记下重垂线所指的位置O。如图所示。将斜槽固定在铁架台上，使槽的末端水平。让一个质量较大的小球（入射小球）从斜槽上滚下跟放在斜槽末端的另一个大小相同、质量较小的小（被碰小球）发生正碰。使入射小球从斜槽不同高度处滚下，测出两球的质量以及

6、它们每次碰撞前后的速度，就可以验证动量守恒定律。实验操作：方案二、研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 实验装置小球的质量可以用天平来测量。怎样测量两球碰撞前后瞬间的速度呢？两个小球碰撞前后瞬间的速度方向都是水平的，因此，两球碰撞前后的速度，可以利用平抛运动的知识求出。在这个实验中也可以不测量速度的具体数值。做平抛运动的小球落到地面，它们的下落高度相同，飞行时间也就相同。因此，小球碰撞后的速度之比就等于它们落地时飞行的水平距离之比。根据这一思路，也可以验证动量守恒定律。方案二、研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 实验操作：实验操作：方案二、研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 掌握简谐运动振幅的物理意义

7、。方案二、研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 演示视频：(1)“水平”和“正碰”是操作中应尽量予以满足的前提条件。(2)斜槽末端必须水平。(3)入射球的质量应大于被碰球的质量。(4)入射球每次都必须从斜槽上同一位置由静止开始滚下。注意事项：方案二、研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 随堂练习例1、如图所示，用碰撞实验器可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系(1)实验中，直接测量小球碰撞前后的速度是不容易的，但是，可以通过仅测量_(填选项前的符号)，间接地解决这个问题A小球开始释放高度hB小球抛出点距地面的高度HC小球做平抛运动的射程C 随堂练习(2)图中O点是小球抛出

8、点在地面上的垂直投影，实验时先让入射球m1多次从斜轨上Q位置静止释放，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m2静置于轨道的水平部分，再将入射球m1从斜轨上Q位置静止释放，与小球m2相碰，并多次重复接下来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、m2B.测量小球m1开始释放的高度hC.测量抛出点距地面的高度HD.分别找到小球m1、小球m2相碰后平均落地点的位置M、NE.测量平抛射程OM、ONADE 随堂练习【答案】：(1)C(2)ADE【解析】：(1)小球碰前和碰后的速度都用平抛运动来测量，即v .而由Hgt2知，每次竖直高度相等，平抛时间相

9、等即m1 m1 m2 ；则可得m1OPm1OMm2ON，故只需测射程，C项正确(2)由表达式知，在OP已知时，需测量m1、m2、OM和ON，故必要步骤为A、D、E.随堂练习例2、某同学用如图甲所示装置来验证动量守恒定律，实验时先让小球a从斜槽轨道上某固定点处由静止开始滚下，在水平地面上的记录纸上留下痕迹，重复10次；然后再把小球b静置在斜槽轨道末端，让小球a仍从原固定点由静止开始滚下，和小球b相碰后，两球分别落在记录纸的不同位置处，重复10次回答下列问题：随堂练习(1)在安装实验器材时斜槽的末端应_(2)小球a、b质量ma、mb的大小关系应满足ma_mb，两球的半径应满足ra_rb.(均选填“

10、”“”或“”)(3)本实验中小球平均落地点的位置距O点的距离如图乙所示，小球a、b碰后的平均落地点依次是图乙中的_点和_点A C 保持水平 随堂练习(4)在本实验中，验证动量守恒的式子是下列选项中的_AmaOCmaOAmbOBBmaOBmaOAmbOCCmaOAmaOBmbOCB 随堂练习【答案】：(1)保持水平(2) (3)A,C (4) B【解析】：(1)小球离开轨道后应做平抛运动，所以在安装实验器材时斜槽的末端必须保持水平，才能使小球做平抛运动(2)为防止在碰撞过程中入射小球被反弹，入射小球a的质量ma应该大于被碰小球b的质量mb.为保证两个小球的碰撞是对心碰撞，两个小球的半径应相等(3)由题图甲所示装置可知，小球a和小球b相碰后，根据动量守恒和能量守恒可知小球