1.4实验：验证动量守恒定律 课件 -2022-2023学年高一下学期物理人教版2019选择性必修第一册

高考导航1.基本考察点：

探究实验的思想和方法,特别是对实验原理、实验步骤、实验数据的处理及误差分析等问题的掌握；2.题型及难度：多以实验题形式进行考查,难度中等。1.4实验：验证动量守恒定律问题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。现实生活中所有的物体都会受到各种力的作用，很难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，想一想，哪些情况可以近似满足动量守恒条件。实验思路我们把发生碰撞的两个物体看做一个系统，当这个系统所受的外力的矢量和不为零，但与系统内两个物体间的相互作用力相比很小时，可以近似认为碰撞满足动量守恒定律的条件。设计实验

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？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。实验一、研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒不同情况的碰撞：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。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。实验一、研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒3.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。实验一、研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒4.数据记录与处理：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

实验一、研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒1.实验原理：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、质量较小的小球（被碰小球）发生正碰。然后测量小球落点距离斜槽末端的水平距离，可以通过平抛运动的知识求出两球碰撞前后的速度。

因为小球下落高度相同，所以飞行时间相同。因此，小球碰撞之后的速度之比，就等于小球飞行的水平距离之比。实验二、研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒实验二、研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒2.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。实验二、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。实验二、研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒4.数据记录与处理：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

即可。m1x2＝m1x1＋m2x3

5.注意事项：(1)入射小球的质量m1大于被碰小球的质量m2(m1>m2)；(2)入射小球的半径等于被碰小球的半径；(3)入射小球每次必须从斜槽上同一高度处由静止滚下；(4)斜槽末端的切线必须水平；(5)两球碰撞时,入射球与被碰球的球心连线与入射球的初速度方向一致；(6)地面必须水平,白纸铺好后,实验过程中不能移动,否则会造成很大的误差。1.某实验小组用如图甲所示的装置验证动量守恒定律，长木板的一端垫有小木块，可以微调木板的倾斜程度，小车A前端贴有橡皮泥，后端连一穿过打点计时器的纸带，接通打点计时器电源后，让小车A以某速度做匀速直线运动，与置于木板上静止的小车B相碰并粘在一起，继续做匀速直线运动。打点计时器电源频率为50Hz，得到的纸带如图乙所示，每五个点选一个计数点，已将各计数点之间的距离标在图乙上。（1）图中数据有AB、BC、CD、DE四段，计算小车P碰撞前的速度大小，则应选

段；计算小车P和Q碰后的速度大小应选

段。（选填“AB”、“BC”、“CD”或“DE”）（2）测得小车P的质量m1＝0.4kg，小车Q的质量m2＝0.2kg，根据纸带数据，碰前两小车的总动量大小为

kg•m/s，碰前两小车的总动量大小为

kg•m/s。BCDE0.68480.6840课后练习2.某同学用如图所示的实验装置来验证动量守恒定律，小球1的质量为m1，它从斜槽上某点滚下，离开斜槽末端时的速度记为v1（称为第一次操作）；小球2的质量为m2，小球1第二次从斜槽上原位置滚下，跟小球2碰撞后离开斜槽末端的速度分别记为v1′和v2′（称为第二次操作）。（1）实验所验证的计算式为

（用所给物理量表示）。（2）如果第二次操作时，小球1从斜槽上开始滚下时位置比原先低一些，这将会影响计算式中物理量，如果其他的操作都正确，则

。A.碰后两球的动量之和小于m1v1B.碰后两球的动量之和等于m1v1C.碰后两球的动量之和大于m1v1m1v1＝m1v'1+m2v'2A课后练习（3）如果在第二次操作时，发现在第一次操作中，槽的末端是不水平的，有些向上倾斜，于是把它调为水平，调整后的斜槽末端离地面高度跟原来相同。然后让小球在斜槽上原标记位置滚下进行第二次操作，分析时仍然和第一次操作的数据进行比较，其他实验操作都正确，且调节斜槽引起小球在空中运动时间的变化可忽略不计，则

。A.碰后两球的动量之和小于m1v1B.碰后两球的动量之和等于m1v1C.碰后两球的动量之和大于m1v1C3.某同学设计如图甲所示的装置，通过半径相同的A、B两球的碰撞来探究碰撞过程中的不变量，图中PQ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。重复上述操作10次，得到10个落点痕迹，再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让A球仍从位置G由静止开始滚下，和B球碰撞后，A、B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所在的平面，米尺的零点与O点对齐。

（1）碰撞后B球的水平射程是

cm。64.8同步14页变式1（2）在以下四个选项中，本次实验必须进行的测量是

。A．水平槽上未放B球时，A球落点位置到O点的距离B．A球与B球碰撞后，A、B两球落点位置到O点的距离C．测量A球或B球的直径D.测量A、B两球的质量（或两球质量比）E．测量G点相对于水平槽面的高度（3）若本实验中测量出未放B球时A球落点位置到O点的距离为xA，碰撞后A、B两球落点位置到O点的距离分别为xA′、xB′，已知A、B两球半径均为r，A、B两球质量分别为mA、mB则通过式子

即可验证A、B两球碰撞中的不变量（用所给字母表示）。ABDmAxA＝mAxA′+mBxB′4．如图1所示，用“碰撞实验器材”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道末端碰撞前后的动量关系：先安装好实验装置，在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸，记下重垂线所指的位置O。接下来的实验步骤如下：步骤1：不放小球2，让小球1从斜槽上A点由静止下，并落在地面上，重复多次，用尽可能小的圆，把小球的所有落点圈在里面，其圆心就是小球落点的平均位置；步骤2：把小球2放在斜槽前端边缘位置B，让小球1从A点由静止滚下，使它们碰撞，重复多次，并使用与步骤1同样的方法分别标出碰撞后两小球落点的平均位置；步骤3：用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置M、P、N离O点的距离，即线段OM、OP、ON的长度。同步17页第7题

小球1和小球2的质量m1和m2

AC2

5.如图所示是用来验证动量守恒的实验装置，弹性球1用细线悬挂于O点，O点正下方桌子的边沿有一竖直立柱．实验时，调节悬点，使弹性球1静止时恰与立柱上的球2接触且两球等高．将球1拉到A点，并使之静止，同时把球2放在立柱上．释放球1，当它摆到悬点正下方时与球2发生对心碰撞．碰后球1向左最远可摆到B点，球2落到水平地面上的C点．测出有关数据即可验证1、2两球碰撞时动量守恒．现已测出A点离水平桌面的距离为a．B点离水平桌面的距离为b，C点与桌子边沿间的水平距离为c．此外：（1）还需要测量的量是

、

和

．（2）根据测量的数据，该实验动量守恒的表达式为

．（忽略小球的大小）弹性球1、2的质量m1、m2

立柱高h桌面高H

同步18页第9题6.按照图1完成实验后，实验小组对上述装置进行了如图2所示的改变：（I）在木板表面先后钉上白纸和复写纸，并将木板竖直立于靠近槽口处，使小球A从斜槽轨道上某固定点C由静止释放，撞到木板并在白纸上留下痕迹O；（Ⅱ）将木板向右平移适当的距离固定，再使小球A从原固定点C由静止释放，撞到木板上得到痕迹P；（Ⅲ）把半径相同的小球B静止放在斜槽轨道水平段的最右端，让小球仍从固定点C由静止开始滚下，与小球B相碰后，两球撞在木板上得到痕迹M和N；用刻度尺测量纸上O点到M、P、N三点的距离分别为y1、y2、y3．请你写出用直接测理的物理量来验证两球碰撞过程中动量守恒的表达式：

．1．如图甲，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，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的。但是可以通过测量

（选填选项前的符号），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课后练习---同步15页第12题（2）图甲中O点是小球抛出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S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S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开始释放高度hC．测量抛出点距地面的高度HD．分别找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、NE．测量平抛射程OM，ONADE2．一位同学受到“研究平抛运动”昀实验启示，他想用如图所示的装置来验证动量守恒定律：一光滑水平台上，等大的甲、乙两小球间有一根被压缩的轻质弹簧，弹簧的原长较短。当弹簧突然释放后，两个小球被弹簧弹射，分别落在水平地面上的P、Q两点，然后该同学进行了下列物理量的测量：A．用天平测出甲、乙两个小球的质量分别是m1、m2B．用米尺测出甲、乙两个小球的落地点与平台边缘的水平

距离分别为s1、s2C．用米尺测出平台离地面的高度h（1）上面的三个步骤中，你认为不必要的步骤有

（填序号）。（2）