【课件】实验：验证动量守恒定律+课件-2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

第五节

实验：验证动量守恒定律目录13实验思路小结和练习2实验过程?问题导入问题1：动量守恒定律的适用条件是什么？问题2：在现实生活中，或者说在实验室中，在哪些情况下可以近似看作满足动量守恒的条件？实验思路011实验思路两个物体在发生碰撞时，作用时间很短。根据动量定理，它们的相互作用力很大。如果把这两个物体看作一个系统，那么，虽然系统还受到重力、支持力、摩擦力、空气阻力等外力的作用，但其中有些力的矢量和为0，有些力与系统内两物体的相互作用力相比很小。因此可以近似认为满足动量守恒的条件。为了实验验证的方便，我们应该设计怎样的碰撞？v1′m1v2′m2m1m2v1v2

一维碰撞——碰撞前后两物体沿同一直线运动，便于数据收集和分析。1实验思路如何实现一维碰撞？你能想到哪些场景？1实验思路试着设计一个实验来验证动量守恒定律，并思考以下问题：（1）实验中哪些物体构成了要研究的系统？（2）如何创造条件，使得整个系统可以近似看作满足动量守恒的条件？（3）需要测量哪些物理量？（4）如何处理数据证明动量守恒？实验过程021物理量的测量研究对象确定后，根据动量守恒定律的表达式m1v′1＋m2v′2＝m1v1＋m2v2，我们需要测量物体的质量，以及两个物体发生碰撞前后各自的速度。物体的质量可以用天平直接测量。想一想，有哪些方式可以测量速度？你在设计方案时会选择哪种？为什么？2研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒1．实验原理：利用气垫导轨减小摩擦力，创造实验条件，用天平测量两个碰撞滑块的质量，利用光电门和数字计时器来测量滑块碰撞前后的速度。2．实验器材：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块两个（带遮光条）、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥。2研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒3．不同情况的碰撞（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，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，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搭扣，碰撞时它们也会连成一体。2研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒3．不同情况的碰撞（3）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，两滑块由静止向相反方向运动。2研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒4．实验步骤（1）利用天平测量两个滑块的质量m1、m2，记录到数据表格中；（2）安装好气垫导轨和光电门，气垫导轨水平放置；（3）依次进行三种情况的碰撞实验，记录滑块上两个滑块上遮光条的长度Δx，和两个滑块通过光电门的时间Δt；实验前请思考：1．气垫导轨是否需要调成水平？如果需要，你能想出哪些办法？2．如何设计数据记录表格？3．如果碰撞后的速度与原来的方向相反，应该怎样记录？2研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒5．实验数据遮光条的长度：Δx1＝

；Δx2＝

；

实验滑块质量碰撞前滑块1通过光电门的时间碰撞后两滑块通过光电门的时间m1/kgm2/kgΔt1/sΔt′1/sΔt2/s滑块碰撞后分开滑块碰撞后粘连弹簧使静止滑块分开2研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒

3研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒1．实验器材：天平，两个大小相等、质量不同的小球，末端水平的斜槽，白纸，复写纸，刻度尺，重垂线，支架，圆规。2．物理量的测量（1）两个小球的质量：可以用天平直接测量；（2）两个小球的速度：可以通过平抛运动的知识求出两球碰撞前后的速度。3研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒2．物理量的测量思考：一定要用水平位移和下落高度求出各小球碰撞前后的速度吗？设小球下落的时间为

t

，质量为

m1

的入射小球碰前的速度为

v1，碰撞后入射小球的速度为

v′1，被碰小球的速度为

v′2

，如图所示，则有：OP＝v1t，v1＝OM＝v′1t，v′1＝ON＝v′2t，v′2＝所以验证

mv1＝m1v′1＋m2v′2

，可以转化为验证m1OP＝m1OM＋m2ON3研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒3．实验步骤（1）用天平测量两小球的质量m1

、m2，记录到数据表格中；（2）安装好实验装置，斜槽末端点必须保持水平；（3）在桌面上铺好一张白纸固定好，然后在白纸上固定一张复写纸；（4）在白纸上记下，重垂线所指的位置O点；（5）先不放被碰小球，让入射小球从同一高度静止滚下，重复十次，然后利用圆规将白纸上小球落点的印记尽可能画在同一圆中，标出圆心P点。（6）将被碰小球放在斜槽末端点，然后让入射小球从刚才的高度静止滚下，重复十次，同理标出入射小球落点的圆心

M和被碰小球落点的圆心N

；（7）用刻度尺分别测量，O

点到M、P、N的距离OM、OP、ON

，记录到数据表格中。3研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒实验前请思考：（1）如何判断斜槽的末端已经水平？（2）两个小球的质量有无要求？哪个应作为被碰小球？（3）为什么入射小球要从同一高度释放？（4）实验过程中实验桌、斜槽、白纸的位置可以变动吗？3研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒4．实验数据5．数据处理因为小球的下落高度相同，因此飞行时间相同，小球碰撞后的速度之比就等它们落地时飞行的水平距离之比，只要验证m1x2＝m1x1＋m2x3

即可。入射小球质量m1/kg被碰小球质量m2/kgOM的长度x1/cmOP的长度x2/cmON的长度x3/cm小结和练习031小结1．前提条件：碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”。2．注意事项：（1）若利用气垫导轨进行验证，调整气垫导轨时，应注意利用水平仪确保导轨水平；（2）若利用平抛运动规律进行验证：①斜槽末端的切线必须水平；②入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放；③选质量较大的小球作为入射小球；④实验过程中实验桌、斜槽、记录的白纸的位置要始终保持不变．1．小佳同学用气垫导轨验证动量守恒定律，实验装置如图甲所示。（1）该同学用螺旋测微器测量遮光条的宽度

d，示数如图乙所示，可知遮光条的宽度d＝__________cm，随后将两块宽度均为

d

的遮光条安装到两滑块上。

（2）安装好气垫导轨和光电门，接通气源后，在导轨上轻放一个滑块，轻推滑块使滑块获得一个初速度，使它从轨道左端向右运动，若滑块通过光电门1的时间__________（选填“>”“<”或“＝”）通过光电门2的时间，则可以认为导轨水平。

2练习0.6120甲乙＝1．（3）用托盘天平测得滑块

A、B

的质量（均包括遮光条）分别为

mA、mB，调整好气垫导轨后，将滑块

A

向左推出，与静止的滑块

B

发生碰撞，碰后两滑块没有粘连，与光电门1相连的计时器先后两次显示的挡光时间分别记为Δt1

和Δt2，与光电门2相连的计时器显示的挡光时间为Δt3

。从实验结果可知两滑块的质量满足mA______（选填“>”“<”或“＝”）mB，则验证碰撞过程中动量守恒的表达式为_____________（用题中涉及的物理量符号表示）。2练习＜

2．某同学用如图甲所示装置做“验证动量守恒定律”实验。图中O

是斜槽水平末端在记录纸上的垂直投影点，P

为未放被碰小球时入射小球的平均落点，M为与被碰小球碰后入射小球的平均落点，N

为被碰小球的平均落点。（1）关于实验要点，下列说法正确的是________。

A．安装轨道时，轨道末端必须水平B．实验过程中，复写纸、白纸都可以移动C．入射小球的质量必须小于被碰小球的质量，两球的半径相同D．斜槽轨道必须光滑，且同一组实验中，入射小球必须从同一位置由静止释放2练习A2．（2）实验中，除测量平抛射程OM、ON、OP

外，还必须测量的物理量有_____。

A．测量入射小球质量

m1

和被碰小球质量

m2B．测量抛出点距地面的高度

HC．测量

S

离水平轨道的高度

hD．测量入射小球半径r1

和