高中物理粵教版 (2019)選擇性必修 第一冊(cè)第一章 動(dòng)量和動(dòng)量守恒定律第三節(jié) 動(dòng)量守恒定律課堂教學(xué)課件ppt

這是一份高中物理粵教版 (2019)選擇性必修 第一冊(cè)第一章 動(dòng)量和動(dòng)量守恒定律第三節(jié) 動(dòng)量守恒定律課堂教學(xué)課件ppt，共26頁(yè)。
實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)用兩個(gè)大小相同但質(zhì)量不等的小球的碰撞來(lái)驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律。讓一個(gè)質(zhì)量較大的小球從斜槽上滾下來(lái)，跟放在斜槽末端的另一個(gè)質(zhì)量較小的小球發(fā)生碰撞(正碰)。設(shè)兩個(gè)小球的質(zhì)量分別為m1和m2。碰撞前，質(zhì)量為m1的入射球的速度是v1，質(zhì)量為m2的被碰小球靜止。兩個(gè)小球碰撞前的總動(dòng)量是m1v1。碰撞后，入射小球的速度是v1′，被碰小球的速度是v2′。兩個(gè)小球碰撞后的總動(dòng)量是m1v1′＋m2v2′。根據(jù)動(dòng)量守恒定律，應(yīng)該有m1v1＝m1v1′＋m2v2′如果我們分別測(cè)出兩個(gè)小球的質(zhì)量和兩個(gè)小球在碰撞前后的速度，把它們代入上式，就可以驗(yàn)證兩個(gè)小球碰撞前后的動(dòng)量是否守恒。
實(shí)驗(yàn)步驟1．按如圖所示安裝實(shí)驗(yàn)儀器，通過(guò)水平調(diào)節(jié)螺釘使斜槽末端處于水平，鋼球放在上面能保持靜止?fàn)顟B(tài)。在木板上依次鋪上白紙、復(fù)寫紙。利用重垂線在白紙上分別標(biāo)注斜槽水平段端口、靶球初位置(支球柱)在白紙平面的投影點(diǎn)O和點(diǎn)O′。
2．用天平測(cè)出兩個(gè)大小相同、但質(zhì)量不同的鋼球的質(zhì)量，質(zhì)量大的鋼球m1作為入射球，質(zhì)量小的鋼球m2作為靶球。3．先讓入射球單獨(dú)從斜槽上端緊靠定位板的位置自由滑下，在白紙上留下落地碰撞的痕跡。4．讓入射球從斜槽上端同一位置自由滑下，與放在支球柱上的靶球發(fā)生碰撞，兩球分別在白紙上留下落地碰撞的痕跡。5．測(cè)出入射球m1兩次落地碰撞點(diǎn)與點(diǎn)O的距離s和s1，靶球m2落地碰撞點(diǎn)與點(diǎn)O′的距離s2。6．整理好實(shí)驗(yàn)儀器，放回原處。
數(shù)據(jù)處理將測(cè)量數(shù)據(jù)代入m1s＝m1s1＋m2s2，看在誤差允許的范圍內(nèi)是否成立。注意事項(xiàng)1．保證碰撞的兩球“水平”和“正碰”。2．保證入射小球每次以同一位置由靜止釋放。3．入射小球的質(zhì)量大于被碰球的質(zhì)量。4．測(cè)量平拋運(yùn)動(dòng)小球的水平位移時(shí)，注意兩球平拋起點(diǎn)在白紙平面的投影是不同的。
誤差分析1．系統(tǒng)誤差：主要來(lái)源于裝置本身是否符合要求。(1)碰撞是否為一維。(2)實(shí)驗(yàn)是否滿足動(dòng)量守恒的條件。2．偶然誤差：主要來(lái)源于質(zhì)量m和速度v的測(cè)量。
(一)實(shí)驗(yàn)原理與操作[典例1]　某同學(xué)用如圖1所示的裝置做“動(dòng)量守恒定律的驗(yàn)證”的實(shí)驗(yàn)。先將a球從斜槽軌道上某固定點(diǎn)處由靜止開(kāi)始滾下，在水平地面上的記錄紙上留下壓痕，重復(fù)10次；再把同樣大小的b球放在斜槽軌道末端水平段的最右端靜止放置，讓a球仍從原固定點(diǎn)由靜止開(kāi)始滾下，和b球相碰后，兩球分別落在記錄紙的不同位置處，重復(fù)10次。
(1)本實(shí)驗(yàn)必須測(cè)量的物理量有________。A．斜槽軌道末端到水平地面的高度HB．小球a、b的質(zhì)量ma、mbC．小球a、b的半徑rD．小球a、b離開(kāi)斜槽軌道末端后做平拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間tE．記錄紙上O點(diǎn)到A、B、C各點(diǎn)的距離OA、OB、OCF．a(chǎn)球的固定釋放點(diǎn)到斜槽軌道末端水平部分間的高度差h(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，ma________(填“大于”“小于”或“等于”)mb。(3)放上被碰小球后，兩小球碰后是否同時(shí)落地？如果不是同時(shí)落地，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有沒(méi)有影響？(不必做分析)_____________________________________。
(4)為測(cè)定未放小球b時(shí)，小球a落點(diǎn)的平均位置，把刻度尺的零刻度線跟記錄紙上的O點(diǎn)對(duì)齊，如圖2給出了小球a落點(diǎn)附近的情況，由圖可得OB的距離應(yīng)為_(kāi)_______cm。(5)按照本實(shí)驗(yàn)方法，驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的表達(dá)式是____________________________________________________________________________________。
[微點(diǎn)撥](1)由于運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同，故可以用距離代替速度。(2)碰撞小球質(zhì)量應(yīng)大于被碰撞小球質(zhì)量。(3)為減小誤差，應(yīng)重復(fù)10次確定落點(diǎn)?！　　?br/>[對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練]1．某同學(xué)在做“動(dòng)量守恒定律的驗(yàn)證”實(shí)驗(yàn)中，所用裝置如圖甲所示。　　甲　　　　　　　　　　　　乙(1)下面是本實(shí)驗(yàn)部分測(cè)量?jī)x器或工具，需要的是________。A．秒表　　　　　　　　　B．天平C．刻度尺 D．彈簧秤
(2)為了完成本實(shí)驗(yàn)，下列必須要求的實(shí)驗(yàn)條件是________。A．斜槽軌道末端的切線必須水平B．入射球和被碰球的質(zhì)量必須相等C．入射球和被碰球大小必須相同D．入射球每次不必從軌道的同一位置由靜止?jié)L下(3)某次實(shí)驗(yàn)中得出的落點(diǎn)情況如圖乙所示，假設(shè)碰撞過(guò)程中質(zhì)量與速度的乘積mv守恒，則入射小球質(zhì)量m1和被碰小球質(zhì)量m2之比為_(kāi)_______。
解析：(1)本實(shí)驗(yàn)需要天平稱量物體的質(zhì)量，需要刻度尺測(cè)量長(zhǎng)度，故選B、C。(2)要保證碰撞后兩個(gè)球做平拋運(yùn)動(dòng)，故斜槽軌道末端的切線必須水平，故A正確；入射球質(zhì)量要大于被碰球質(zhì)量，即m1＞m2，防止碰后m1被反彈，故B錯(cuò)誤；為保證兩球正碰，則兩球大小必須相等，故C正確；為保證碰撞的初速度相同，入射球每次必須從軌道的同一位置由靜止?jié)L下，故D錯(cuò)誤。(3)若質(zhì)量與速度的乘積mv守恒，則有m1·lOP＝m1·lOM＋m2·lON，代入數(shù)據(jù)，有：m1×0.255＝m1×0.155＋m2×0.400解得：m1∶m2＝4∶1。答案：(1)BC　(2)AC　(3)4∶1
(2)在本實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)，當(dāng)關(guān)系式____________________成立時(shí)，即可驗(yàn)證碰撞過(guò)程中動(dòng)量守恒。(3)在本實(shí)驗(yàn)中，為了盡量減小實(shí)驗(yàn)誤差，在安裝斜槽軌道時(shí)，應(yīng)讓斜槽末端保持水平，這樣做的目的是________。A．入射球與被碰小球碰后均能從同一高度飛出B．入射球與被碰小球碰后能同時(shí)飛出C．入射球與被碰小球離開(kāi)斜槽末端時(shí)的速度為水平方向D．入射球與被碰小球碰撞時(shí)的動(dòng)能不損失
[對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練]2．在用氣墊導(dǎo)軌做“動(dòng)量守恒定律的驗(yàn)證”實(shí)驗(yàn)時(shí)，左側(cè)滑塊質(zhì)量m1＝200 g，右側(cè)滑塊質(zhì)量m2＝160 g，擋光片寬度為3.00 cm，兩滑塊之間有一壓縮的彈簧片，并用細(xì)線將兩滑塊連在一起，如圖所示。開(kāi)始時(shí)兩滑塊靜止，燒斷細(xì)線后，兩滑塊分別向左、右方向運(yùn)動(dòng)。擋光片通過(guò)光電門的時(shí)間分別為Δt1＝0.30 s，Δt2＝0.24 s。則兩滑塊的速度分別為v1′＝________m/s，v2′＝________m/s。燒斷細(xì)線前m1v1＋m2v2＝________kg·m/s，燒斷細(xì)線后m1v1′＋m2v2′＝________kg·m/s。可得到的結(jié)論是____________________________________________________________。
(三)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新考查[典例3]　某班物理興趣小組選用如圖所示裝置來(lái)做“動(dòng)量守恒定律的驗(yàn)證”實(shí)驗(yàn)。將一段不可伸長(zhǎng)的輕質(zhì)繩一端與力傳感器(可以實(shí)時(shí)記錄繩所受的拉力)相連固定在O點(diǎn)，另一端連接小鋼球A(繩長(zhǎng)遠(yuǎn)大于小鋼球半徑)，把小鋼球拉至M處可使繩水平拉緊，在小鋼球最低點(diǎn)N右側(cè)放置有一水平氣墊導(dǎo)軌，氣墊導(dǎo)軌上放有小滑塊B(B上安裝寬度較小且質(zhì)量不計(jì)的遮光板)、光電門(已連接數(shù)字毫秒計(jì))。當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間。
某同學(xué)按如圖所示安裝氣墊導(dǎo)軌、滑塊B(調(diào)整滑塊B的位置使小鋼球自由下垂靜止在N點(diǎn)時(shí)與滑塊B接觸且無(wú)壓力)和光電門，調(diào)整好氣墊導(dǎo)軌高度，確保小鋼球A通過(guò)最低點(diǎn)時(shí)恰好與滑塊B發(fā)生正碰。讓小鋼球A從某位置靜止釋放，擺到最低點(diǎn)N與滑塊B碰撞，碰撞后小鋼球A并沒(méi)有立即反向，碰撞時(shí)間極短。(1)為完成實(shí)驗(yàn)，除了遮光板通過(guò)光電門的時(shí)間Δt、碰撞前瞬間繩的拉力F1、碰撞結(jié)束瞬間繩的拉力F2、滑塊B的質(zhì)量mB和遮光板寬度d外，還需要測(cè)量的物理量有________。A．小鋼球A的質(zhì)量mAB．繩長(zhǎng)LC．小鋼球從M到N運(yùn)動(dòng)的時(shí)間
(2)滑塊B通過(guò)光電門時(shí)的瞬時(shí)速度vB＝________。(用題中已給的物理量符號(hào)來(lái)表示)(3)實(shí)驗(yàn)中如果有表達(dá)式_________________________________________(用題中已給的物理量符號(hào)來(lái)表示)成立，即可驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律。
[微點(diǎn)撥](1)用力傳感器測(cè)量球A與滑塊B碰撞前后細(xì)繩的拉力，從而利用牛頓第二定律確定球A碰撞前后的速度。(2)利用光電門測(cè)量滑塊B碰撞后的速度。(3)碰撞后球A沒(méi)有立即反向，說(shuō)明球A碰后瞬間速度方向仍水平向右?！　　?br/>[對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練]3．利用氣墊導(dǎo)軌通過(guò)頻閃照相進(jìn)行“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”這一實(shí)驗(yàn)。某次實(shí)驗(yàn)時(shí)，碰撞前B滑塊靜止，A滑塊勻速向B滑塊所處方向運(yùn)動(dòng)并發(fā)生碰撞，利用頻閃照相的方法連續(xù)4次拍攝得到的頻閃照片如圖所示。已知相鄰兩次閃光的時(shí)間間隔為T，在這4次閃光的過(guò)程中，A、B兩滑塊均在0～80 cm內(nèi)，且第1次閃光時(shí)，滑塊A恰好位于x＝10 cm處。若A、B兩滑塊的碰撞時(shí)間及閃光持續(xù)的時(shí)間極短，均可忽略不計(jì)，則可知碰撞發(fā)生在第1次閃光后的________時(shí)刻，A、B兩滑塊質(zhì)量之比mA∶mB＝________。