第4节　实验：验证动量守恒定律.pptx

第4节实验：验证动量守恒定律第一章安培力与洛伦兹力学习目标学习目标1.理理解解验证在在碰碰撞撞中中动量量守守恒恒的的基基本本思思路路。2.掌掌握握在在同同一一条条直直线上上两两个个物物体体碰碰撞撞前前、后后速速度度的的测量量方方法法。3.了了解解实验数数据据的的处理理方方法法。4.体体会会将将不不易易测量量量量转化化为易易测量量的量量的实验设计思想。思想。实验探究分析实验能力自测目录CONTENTS/实验基础梳理/一、实验目的一、实验目的1.明确验证动量守恒定律的基本思路。2.验证一维碰撞中的动量守恒。3.知道实验数据的处理方法。二、实验方案二、实验方案方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒1.实实验验器器材材：气垫导轨、数字计时器、天平、滑块(两个)、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等。2.实验原理实验原理(1)用天平测量两滑块的质量m1、m2。(2)调整导轨使之处于水平状态，并使数字计时器系统正常工作。(3)利用数字计时器测量滑块碰撞前后的速度。方案二研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒方案二研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒1.实实验验器器材材：铁架台，斜槽轨道，两个大小相等、质量_同的小球，铅垂线，复写纸，白纸，_，_，圆规，三角板等。2.实验的基本思想实验的基本思想转化法转化法不易测量量转化为易测量量的实验设计思想。不天平刻度尺3.实实验验原原理理：如图甲所示。让一个质量较大的小球从斜槽上某一位置由静止滚下，与放在斜槽末端的另一个大小相同、质量较小的小球发生正碰，之后两小球都做_运动。平抛(1)质量的测量：用_测量质量。(2)速度的测量：由于两小球下落的高度相同，所以它们的飞行时间_。如果用小球的飞行时间作时间单位，那么小球飞出的水平距离在数值上就等于它的水平_。因此，只需测出两小球的质量m1、m2和不放被碰小球时入射小球落地时飞行的水平距离sOP，以及碰撞后入射小球与被碰小球落地时飞行的水平距离sOM和sON。天平相等速度4.数数据据分分析析：若在实验误差允许的范围内，m1sOP_，即可验证动量守恒定律。m1sOMm2sON探究2研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒探究1研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒探究3实验拓展与创新探究探究1研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒【例例1】用如图所示的装置可以验证动量守恒定律，在滑块A和B相碰的端面上装上弹性碰撞架，它们的上端装有等宽的挡光片。(1)实验前需要调节气垫导轨水平，借助光电门来检验气垫导轨是否水平的方法是_。(2)为了研究两滑块所组成的系统在弹性碰撞和完全非弹性碰撞两种情况下的动量关系，实验分两次进行。第一次：将滑块A置于光电门1的左侧，滑块B静置于两光电门间的某一适当位置。给A一个向右的初速度，通过光电门1的时间为t1，A与B碰撞后又分开，滑块A再次通过光电门1的时间为t2，滑块B通过光电门2的时间t3。第二次：在两弹性碰撞架的前端贴上双面胶，同样让滑块A置于光电门1的左侧，滑块B静置于两光电门间的某一适当位置。给A一个向右的初速度，通过光电门1的时间为t4，A与B碰撞后粘连在一起，通过光电门2的时间为t5。为完成该实验，还必须测量的物理量有_(填选项前的字母)。A.挡光片的宽度dB.滑块A的总质量m1C.滑块B的总质量m2D.光电门1到光电门2的距离L(3)在第一次实验中若滑块A和B在碰撞的过程中，若满足的表达式为_(用已知量和测量量表示)，则动量守恒。(4)在第二次实验中若滑块A和B在碰撞的过程中，若满足的表达式为_(用已知量和测量量表示)，则动量守恒。解解析析(1)使使其其中中一一个个滑滑块在在导轨上上运运动，看看滑滑块经过两两光光电门的的时间是是否否相相等，若相等，等，若相等，则导轨水平。水平。(2)本本实验需需要要验证动量量守守恒恒定定律律，所所以以在在实验中中必必须要要测量量质量量和和速速度度，速速度度可可以以根根据据光光电门的的挡光光时间求求解解，而而质量量通通过天天平平测出出，同同时，挡光光片片的的宽度可以消去，所以不需要度可以消去，所以不需要测量量挡光片的光片的宽度，故度，故选B、C。题干答答案案(1)使其中一个滑块在导轨上运动，看滑块经过两光电门的时间是否相等，若相等，则导轨水平(2)BC题干探究探究2研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒本实验应注意本实验应注意(1)入射小球的质量m1大于被碰小球的质量m2(m1m2)。(2)入射小球半径等于被碰小球半径。(3)入射小球每次必须从斜槽上同一高度处由静止滚下。(4)斜槽末端的切线方向水平。(5)为了减小误差，需要找到不放被碰小球及放被碰小球时小球落点的平均位置。为此，需要让入射小球从同一高度多次由静止滚下，进行多次实验，然后用圆规画尽量小的圆把小球所有的落点都圈在里面，其圆心即为小球落点的平均位置。(6)不需要测量速度的具体数值。因平抛运动高度相同，下落时间相等，速度的测量可转换为水平距离的测量。【例例2】某同学用如图甲所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来验证动量守恒定律。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。如图中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，米尺的零刻度线与O点对齐。(1)碰撞后B球的水平射程应取为_cm。(2)在以下选项中，哪些是本次实验必须进行的测量？答：_(填选项前序号)。A.水平槽上未放B球时，测量A球落点位置到O点的距离B.A球与B球碰撞后，测量A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球和B球的质量(或两球质量之比)E.测量G点相对于水平槽面的高度解解析析(1)如如题图乙乙，B球球有有10个个落落点点位位置置，实验中中应取取平平均均位位置置。方方法法是是用用最最小小的的圆将将所所有有点点圈圈在在里里面面，圆心心位位置置即即为落落点点平平均均位位置置，找找准准平平均均位位置置，读数数时应在在刻刻度度尺尺的的分分度度值后后面面再再估估读一一位位。读数数为64.9 cm(64.765.1 cm均均正正确确)。答案答案(1)64.9(2)ABD题干探究探究3实验拓展与创新实验拓展与创新验证动量守恒定律的实验创新设计方法验证动量守恒定律的实验创新设计方法1.根据动量守恒定律，设计合理的实验方案。2.灵活运用测量速度的方法或运用替代思想测量速度进行相应转化。3.根据实验原理和设计方案，合理选择实验步骤。【例【例3】某同学设计了如图所示的实验验证动量守恒定律。所用的器材有：A.量筒，其高度比较大，筒壁上有均匀刻度线B.天平C.小球两个(橡胶材质的上浮小球，硬塑料材质的下沉小球，两球通过细线相连后恰好可悬浮在水中)D.细线，其质量可以忽略不计E.记号笔实验步骤如下：通过细线连接两球体，使两球悬浮在水中；用天平称量两个小球的质量，上浮小球的质量记为m1，下沉小球的质量记为m2；用记号笔记录两个小球悬浮的位置；剪断细线；用记号笔记录某时刻两个小球的位置；多次实验，分别计算出两个小球在相同时间内上浮和下沉的高度，记录在表格中。该同学按此方案进行实验后，测得的数据如下表所示，请回答下列问题。题干题干(3)下列关于本实验的一些说法，你认为正确的是_。A.两个小球在水中运动的速度要适中，不能过快 B.上浮小球选用密度更小的小球，实验效果更好C.剪断细线时对小球的扰动大，但不会引起误差D.选择大小合适的小球使得两球可以悬浮后，将两球从水中取出再把细线剪断，用镊子夹住两截断线，然后一起放入水中，稳定后松开镊子两球开始运动，这种改进更好思路点拨思路点拨(1)利用求解平均利用求解平均值的方法求解下沉小球的方法求解下沉小球4次下沉的平均高度。次下沉的平均高度。(2)以两个小球整体以两个小球整体为研究研究对象，根据象，根据动量守恒定律列方程分析。量守恒定律列方程分析。(3)根据根据实验原理分析原理分析实验中的注意事中的注意事项。题干解析解析(1)根据表中的数据可得下沉小球根据表中的数据可得下沉小球4次下沉的平均高度次下沉的平均高度题干答案答案(1)40.26(2)A(3)AD(3)两两个个小小球球在在水水中中运运动的的速速度度要要适适中中，不不能能过快快，速速度度大大时测量量位位移移时的的误差差偏偏大大，A正正确确；上上浮浮小小球球选用用密密度度更更小小的的小小球球，会会使使得得上上浮浮小小球球运运动过快快，实验误差差较大大，B错误；剪剪断断细线时对小小球球的的扰动大大，小小球球的的初初速速度度可可能能不不为零零，会会引引起起较大大的的误差差，C错误；选择大大小小合合适适的的小小球球使使得得两两球球可可以以悬浮浮后后，将将两两个个小小球球从从水水中中取取出出，把把细线剪剪断断后后，用用镊子子夹住住两两截截断断线，然然后后一一起起放放入入水水中中，使使它它们静静止止，以以两两个个小小球球整整体体为研研究究对象象，剪剪断断细线后后再再放放入入水水中中，两两个个小小球球受受力力情情况况不不变，动量量守守恒恒，松松开开镊子子两两球球开开始始运运动，这种种改改进可可以以减少在水中剪断减少在水中剪断细线时对小球的小球的扰动，效果更好，效果更好，D正确。正确。题干【训训练练】某物理兴趣小组利用如图甲所示的装置进行实验。在足够大的水平平台上的A点放置一个光电门，水平平台上A点右侧摩擦很小可忽略不计，左侧为粗糙水平面，当地重力加速度大小为g，采用的实验步骤如下：在小滑块a上固定一个宽度为d的窄挡光片；用天平分别称出小滑块a(含挡光片)和小球b的质量ma、mb；a和b间用细线连接，中间夹一被压缩了的轻弹簧，静止放置在平台上；细线烧断后，a、b瞬间被弹开，向相反方向运动；记录滑块a通过光电门时挡光片的遮光时间t；滑块a最终停在C点(图中未画出)，用刻度尺测出A、C之间的距离sa；小球b从平台边缘飞出后，落在水平地面的B点，用刻度尺测出平台距水平地面的高度h及平台边缘铅垂线与B点之间的水平距离sb；改变弹簧压缩量，进行多次测量。(1)a球经过光电门的速度为_(用上述实验数据字母表示)。(2)该实验要验证“动量守恒定律”，则只需验证等式_成立即可(用上述实验数据字母表示)。sbvbt若若动量守恒，量守恒，设向右的方向向右的方向为正方向，正方向，则有有0mbvbmava1.(2022广广东东高高二二月月考考)某实验小组采用如图所示的实验装置做“验证动量守恒定律”实验。在水平桌面上放置气垫导轨，导轨上安装光电计时器1和光电计时器2，带有遮光片的滑块A、B的质量分别为mA、mB，两遮光片沿运动方向的宽度均为d，实验过程如下：调节气垫导轨成水平状态；轻推滑块A，测得滑块A通过光电计时器1的遮光时间为t1；滑块A与滑块B相碰后，滑块B和滑块A先后经过光电计时器2的遮光时间分别为t2和t3。(1)实验中为确保两滑块碰撞后滑块A不反向运动，则mA、mB应满足的关系为mA_(填“大于”“等于”或“小于”)mB。(2)碰前滑块A的速度大小为_。(3)利 用 题 中 所 给 物 理 量 的 符 号 表 示 动 量 守 恒 定 律 成 立 的 式 子 为_。解解析析(1)滑滑块A和和滑滑块B发生生碰碰撞撞，用用质量量大大的的滑滑块A碰碰质量量小小的的滑滑块B，则不不会会发生反生反弹，所以，所以mAmB。(2)滑滑块经过光光电计时器器时做匀速运做匀速运动(3)由由动量守恒定律得量守恒定律得mAvAmAvAmBvB2.(2022吉吉林林十十校校联联考考)某同学用图甲所示装置通过大小相同的A、B两小球的碰撞来验证动量守恒定律。图中PQ是斜槽，实验时先使A球从斜槽上某一固定位置C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球放在水平槽末端，让A球仍从位置C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点是水平槽末端在记录纸上的垂直投影点。(1)安装器材时要注意：固定在桌边上的斜槽末端的切线要沿_方向。(2)小球A的质量m1与小球B的质量m2应满足的关系是m1_m2(填“”“(3)41解解析析(1)斜斜槽槽末末端端的的切切线要要沿沿水水平平方方向向，才才能能保保证两两个个小小球球离离开开斜斜槽槽后后做做平平抛抛运运动。(2)为防止碰撞后入射球反防止碰撞后入射球反弹，入射球的，入射球的质量量应大于被碰球的大于被碰球的质量，即量，即m1m2。(3)根据根据实验原理可得原理可得m1v0m1v1m2v2，3.用如图所示装置可验证碰撞中的动量守恒，现有质量相等的a、b两个小球，将它们用等长的不可伸长的细线悬挂起来，b球静止，拉起a球由静止释放，在最低点a、b两球发生碰撞，不计碰撞过程中的能量损失，碰后a球速度为零。(1)实验中必须测量的物理量有_。A.a、b球的质量mB.细线的长度LC.释放a球时细线偏离竖直方向的角度1D.碰后b球偏离竖直方向的最大角度2E.当地的重力加速度g(2)由上述测量的物理量知，验证动量守恒定律的表达式为_。答案答案(1)CD(2)12解解析析(1)由由题意意可可知知，本本实验中中两两球球质量量相相等等，因因为悬挂挂a、b的的细线是是等等长的的，且且在在同同一一地地点点进行行实验，所所以以只只需需要要分分析析b球球摆动的的夹角角是是否否与与a球球摆动的的夹角相同即可确定角相同即可确定动量是否守恒，所以只需量是否守恒，所以只需测量量C、D选项中的物理量即可。中的物理量即可。(2)因因为a、b球球质量量相相等等，a、b球球组成成的的系系统动量量守守恒恒时，有有mavambvb，所所以以vavb，即即两两球球碰碰撞撞后后交交换速速度度，释放放时a球球偏偏离离竖直直方方向向的的角角度度1与与碰碰后后b球偏离球偏离竖直方向的最大角度直方向的最大角度2相等，相等，则验证动量守恒定律的表达式量守恒定律的表达式为12。4.某同学设计了一个用电磁打点计时器验证动量守恒定律的实验：在小车A的前端粘有橡皮泥，推动小车A使之做匀速直线运动，然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体，继续做匀速直线运动。他设计的装置如图甲所示，在小车A后连着纸带，电磁打点计时器所用电源频率为50 Hz，长木板下垫着薄木片以平衡摩擦力。(1)若已测得打点纸带如图乙所示，并测得各计数点间距(已标在图上)。A为运动的起点，则应选_段来计算小车A碰前的速度(选填“AB”“BC”“CD”或“DE”)。(2)已测得小车A的质量m10.2 kg，小车B的质量为m20.1 kg，则碰前两小车的总动量为_kgm/s，碰后两小车的总动量为_kgm/s。答案答案(1)BC(2)0.42 0.417解解析析(1)从从分分析析纸带上上打打点点的的情情况况看看，BC段段和和DE段段内内小小车运运动稳定定，而而碰碰前前小小车速度大，故速度大，故应选用用BC段段计算小算小车A碰前的速度。碰前的速度。小小车A在碰撞前在碰撞前动量量pm1v00.42 kgm/s碰撞后碰撞后A、B的的总动量量p(m1m2)v0.417 kgm/s。本 课 结 束