人教版 (2019)4 實驗：驗證動量守恒定律公開課課件ppt

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能合理的選擇實驗器材并設計實驗。
掌握不同的實驗方法驗證動量守恒定律。
會處理和分析實驗數據，并得出準確結論
問題1：碰撞的過程遵守什么規(guī)律呢?問題2：什么是一維碰撞？問題3：如何處理矢量的方向呢？問題4：如何設計實驗？實驗成功的條件是什么，如何保證？問題5：怎樣測量物體的質量呢？問題6：怎樣測量物體的速度呢？
動量守恒的條件：系統(tǒng)不受外力，或者所受外力矢量和為零
建立模型：實驗必須保證碰撞是一維的，即兩個物體在碰撞之前沿同一直線運動，碰撞之后還沿同一直線運動。
利用運動學知識，如勻速運動、平拋運動，借助于斜槽、氣墊導軌、打點計時器和紙帶等來達到實驗目的和控制實驗條件。
驗證碰撞中的動量守恒。
在一維碰撞(碰撞前后物體都在同一直線上運動)的情況下,令兩個物體的質量分別為m1、m2,碰撞前的速度分別為v1、v2（v1>v2）,碰撞后的速度分別為v1'、v2',如果速度的方向與設定的坐標軸的正方向一致,取正值,反之則取負值。測出m1、m2,v1、v2,v1'、v2',若m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2',那么碰撞中動量守恒。
參考案例1：研究氣墊導軌上滑塊碰撞時的動量守恒
2.實驗中物理量的測量:
(1)在兩滑塊相碰的端面上裝上彈性碰撞架(圖甲),可以得到能量損失很小的碰撞。
(2）在兩個滑塊的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥,碰撞時撞針插入橡皮泥中,把兩個滑塊連成一體運動(圖乙),這樣可以得到能量損失很大的碰撞。
(3）用細線將彈簧片壓縮,放置于兩個滑塊之間,并使它們靜止,然后燒斷細線,彈簧片彈開后落下,兩個滑塊隨即向相反方向運動(圖丙)。
4.實驗數據記錄與處理:
碰后分開m1v1+m2·v2=m1·v1’+m2v2’
碰后粘在一起運動m1v1+m2·v2=（m1+m2）v共
兩個靜止滑塊被彈簧片彈開0=m1·v1’-m2v2’
結論:碰撞前兩滑塊的動量之和等于碰撞后兩滑塊的動量之和。
(1)氣墊導軌是一種精度較高的現代化儀器,切忌振動、重壓,嚴防碰傷和劃傷,禁止在不通氣的情況下將滑塊在軌面上滑動。(2)調整氣墊導軌時要利用水平儀確保導軌水平。
參考案例2：研究斜槽末端小球碰撞時的動量守恒
(1)質量的測量:用天平測量兩小球的質量m1和m2。(2)速度的測量:用刻度尺測出小球落點的水平距離可根據平拋運動的規(guī)律計算出小球的水平初速度。本實驗設計思想巧妙之處在于用長度測量代替速度測量，即x=vt（落地時間相同）。
(1)用天平測出兩個小球的質量,并選定質量大的小球為入射小球。
(2)安裝實驗裝置，調整固定斜槽,應使斜槽末端水平,即在水平槽上放置小球,小球能夠保持靜止,說明槽口末端水平。
(3)在水平地面上適當位置鋪放白紙,在白紙上鋪放復寫紙,記下鉛垂線所指的位置O(斜槽末端)。
(4)不放被碰小球,讓入射小球從斜槽上某固定高度滾下,重復10次。用盡可能小的圓把所有的小球落點圈在里面,圓心P就是小球落點的平均位置。
(5)把被碰小球放在斜槽末端,讓入射小球從同一高度滾下,使它們發(fā)生碰用步驟(4)的方法,標出碰后入射小球落點的平均位置M和被碰小球的落點的平均位置N。
(6)連接ON,測量線段OP、OM、ON的長度。將測量數據填入表中。
結論:碰撞前兩小球的動量之和等于碰撞后兩小球的動量之和。
(1)斜槽末端點的切線要水平。(2)入射小球的質量大于被碰小球的質量，且兩球大小要相同。(3)每次入射小球在斜槽上同一高度自由滾下。(4)白紙鋪好后不能移動。(5)小球的諸多落點要用用圓規(guī)畫盡可能小的圓把所有的小球落點都圈在里面，該小圓的圓心即為小球的平均落點；
m1OP=m1OM+m2ON
1.在“驗證動量守恒定律”的實驗中,入射球每次滾下都應從斜槽上的同一位置無初速釋放,這是為了使( ? )A．小球每次都能水平飛出槽口B．小球每次都以相同的速度飛出槽口C．小球在空中飛行的時間不變D．小球每次都能對心碰撞
2.(多選)在用氣墊導軌 “驗證動量守恒定律” 時， 不需要測量的 物理量是（　　）A．滑塊的質量B．擋光片的寬度C．擋光的時間D．光電門的高度
【答案】BD【詳解】設遮光片的寬度L，光電門的擋光時間t，滑塊做勻速直線運動，滑塊的速度 ，滑塊的動量實驗要驗證碰撞前后的動量是否守恒，需要測出滑塊的質量m與光電門的擋光時間t，由于遮光片的寬度L相同，驗證過程L可以消去，實驗不需要測量L，實驗也不需要測量光電門的高度。故選BD。
3.圖甲為某同學在利用氣墊導軌、滑塊、數字計時器、光電門等器材驗證動量守恒定律的實驗裝置圖。該實驗用到兩個相同的光電門1和2及兩個質量分別為mA和mB的滑塊A和B，兩滑塊上分別固定有寬度相同、質量不計的長方形遮光片，滑塊A的右側和滑塊B的左側分別帶有一個彈性片。
實驗過程中，將氣墊導軌調節(jié)水平后，滑塊A、B分別被左右兩側的彈射架水平彈射出去，在兩個光電門之間發(fā)生正碰后又分別經過光電門1和2而返回。（1）用精度為0.02mm的游標卡尺測量遮光片的寬度，示數如圖乙所示，測得本實驗中遮光片的寬度d=___________mm。（2）某次測量中，數字計時器記錄的遮光片通過光電門的遮光時間為40.0ms，則滑塊的速度大小為___________m/s（結果保留3位有效數字）。（3）若某次實驗過程中，與光電門1連接的數字計時器先后兩次記錄的遮光時間分別為Δt1和Δt1′，與光電門2連接的數字計時器先后兩次記錄的遮光時間分別為Δt2和Δt2′，則驗證動量守恒定律的表達式為___________（以向右為正方向，用題目中的物理量符號表示）。
【答案】20.02mm 0.501???? 【詳解】（1）游標卡尺的精度為0.02mm，由圖示游標卡尺可可知，其示數為20mm+1×0.02mm=20.02mm（2）滑塊的速度 ，（3）由題知，取向右為正，則碰撞前A、B的速度分別為， ，則碰撞后A、B的速度分別為 ， ，根據動量守恒定律，則有 ，代入各個速度的表達式，可得 。
4.（1）利用氣墊導軌通過閃光照相進行“探究碰撞中的不變量”這一實驗。實驗要求研究兩滑塊碰撞時動能損失很小和很大等各種情況，若要求碰撞時機械能損失最大，應選圖________（填“甲”或“乙”），若要求碰撞時機械能損失最小，則應選圖________（填“甲”或“乙”）。（甲圖兩滑塊分別裝有彈性圈，乙圖兩滑塊分別裝有撞針和橡皮泥）（2）某次實驗時碰撞前B滑塊靜止，A滑塊勻速向B滑塊運動并發(fā)生碰撞，利用閃光照相的方法連續(xù)4次拍攝得到的閃光照片如圖丙所示。已知相鄰兩次閃光的時間間隔為T，在這4次閃光的過程中，A、B兩滑塊均在0~80 cm的范圍內，且第1次閃光時，滑塊A恰好位于x＝10 cm處。若A、B兩滑塊的碰撞時間及閃光持續(xù)的時間極短，均可忽略不計，則可知碰撞發(fā)生在第1次閃光后的________時刻，A、B兩滑塊的質量比mA∶mB＝________。
5.利用如圖所示的裝置可以驗證動量守恒定律，即研究半徑相同的小球在軌道水平部分碰撞前后的動量關系。先安裝好實驗裝置，在地上鋪一張白紙，白紙上鋪放復寫紙，記下重垂線所指的位置O。（1）為完成此實驗，以下提供的測量工具中，必須使用的是______；A．刻度尺????????????? B．天平B．打點計時器???????????? ?D．秒表（2）關于本實驗，下列說法正確的是______；A．同一組實驗中，入射小球必須從同一位置由靜止釋放B．入射小球的質量必須小于被碰小球的質量C．軌道傾斜部分必須光滑D．軌道末端必須水平放置
（3）實驗時先讓入射球多次從斜軌上位置S由靜止釋放，通過白紙和復寫紙找到其平均落地點的位置P。然后，把被碰球靜置于軌道的水平部分末端，仍將入射球從斜軌上位置S由靜止釋放，與被碰球相碰，并多次重復該操作，兩小球平均落地點位置分別為M、N。不同小組的同學分別進行實驗，所用的入射球質量均為被碰球質量的2倍，下列各組白紙上記錄的小球落點位置結果，由于誤差較大明顯不符合動量守恒規(guī)律的是____________ ；
【答案】AB ??? AD ? AD【詳解】（1）要測量碰撞前后的動量，在質量要用天平測量，而速度是用水平位移代替，刻度尺也是必須的，故選AB；（2）AC．同一組實驗中，入射小球必須從同一位置釋放，才能保證兩次碰撞前的速度相同，軌道傾斜部分不必光滑，故A正確，C錯誤；B．為了避免入射球反彈，入射球的質量必須大于被碰小球的質量，故B錯誤；D．軌道末端必須水平，才能使小球做平拋運動，故D正確；故選AD；（3）根據題意結合動量守恒定律得出 ，整理得 ，即 ，結合圖象可知，AD明顯不符合。故選AD。
6.如圖，用“碰撞實驗器”可以驗證動量守恒定律，即研究兩個小球在軌道水平部分碰撞前后的動量關系。（1）圖中O點是小球拋出點在地面上的垂直投影，實驗時，先讓入射球m1多次從斜軌上S位置靜止釋放，找到其平均落地點的位置P，測量平拋水平射程x1。然后把被碰小球m2靜止于軌道的水平部分，再將入射小球m1從斜軌上S位置靜止釋放，與小球m1相撞，并多次重復。接下來要完成的必要步驟是______（填選項的符號）A．用天平測量兩個小球的質量m1、m2B．測量小球m1開始釋放高度hC．測量拋出點距地面的高度HD．分別找到m1，m2相碰后平均落地點的位置M、NE．測量平拋射程x1，x3
（2）下列說法正確的是( )A．實驗中要求兩小球半徑相等，且滿足m1m2，故A錯誤；B．實驗中傾斜軌道不需要光滑，只要每次從同一點由靜止滑下即可，故B正確；C．小球離開軌道后做平拋運動，由于小球拋出點的高度相同，它們在空中的運動時間相等，它們的水平位移與其初速度成正比，可以用小球的水平位移代替小球的初速度，若兩球相碰前后的動量守恒，則有 ，又 ， ， 代入得故C錯誤；D．若碰撞是彈性碰撞，則機械能守恒，由機械能守恒定律得 ， ， ，得 ，故D正確。故選BD。