人教版 (2019)选择性必修 第一册4 实验：验证动量守恒定律集体备课课件ppt

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一、实验目的验证碰撞中的动量守恒。二、实验原理在一维碰撞(碰撞前后物体都在同一直线上运动)的情况下,令两个物体的质量分别为m1、m2,碰撞前的速度分别为v1、v2,碰撞后的速度分别为v1'、v2',如果速度的方向与设定的坐标轴的正方向一致,取正值,反之则取负值。测出m1、m2,v1、v2,v1'、v2',若m1v1+m2v2=　　　　　 ,那么碰撞中动量守恒。 
m1v1'+m2v2'
实验方案设计方案一：用气垫导轨完成两个滑块的一维碰撞实验装置如图所示： (1)质量的测量：用天平测量质量．(2)速度的测量：利用公式v＝Δt(Δx)，式中Δx为滑块(挡光片)的宽度，Δt为计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门时对应的时间．(3)利用在滑块上增加重物的方法改变碰撞物体的质量．(4)实验方法．①用细线将弹簧压缩，放置于两个滑块之间，并使它们静止，然后烧断细线，弹簧弹开，两个滑块随即向相反方向运动(图甲)．②在两滑块相碰的端面上装上弹性碰撞架(图乙)，可以得到能量损失很小的碰撞．③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，把两个滑块连成一体运动(图丙)，这样可以得到能量损失很大的碰撞．
实验器材：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个)、弹簧、细线、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等．
实验步骤：不论采用哪种方案，实验过程均可按实验方案合理安排，参考步骤如下：1．用天平测量相关碰撞物体的质量m1、m2.2．安装实验装置．3．使物体发生一维碰撞．4．测量或读出碰撞前后相关的物理量，计算对应的速度．5．改变碰撞条件，重复步骤3、4.6．进行数据处理，通过分析比较，找出碰撞中的“不变量”．7．整理器材，结束实验．
数据处理：将实验中测得的物理量填入下表，填表时需注意物体碰撞后运动的速度与原来的方向相反的情况．
误差分析：1．系统误差：主要来源于装置本身是否符合要求，即：(1)碰撞是否为一维碰撞．(2)实验中是否合理控制实验条件，如气垫导轨是否水平，两球是否等大，长木板实验是否平衡摩擦力．2．偶然误差：主要来源于对质量m和速度v的测量．
实验方案设计方案二：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒[实验中物理量的测量]
如图所示,质量较大的小球从斜槽上固定位置滚下来,跟放在斜槽末端的另一质量较小的球发生碰撞后都做 　　　　　运动。由平抛运动知识可知,各小球落地的　　　相等。这样如果用小球的飞行时间作时间单位,
那么小球飞出的　　　　　　在数值上就等于它的水平速度。因此,只要分别测出两小球的质量m1、m2和不放被碰小球时入射小球在空中飞出的水平距离OP,以及入射小球与被小球碰撞后在空中飞出的水平距离OM和ON,若在实验误差允许的范围内m1OP=　　 　,就验证了小球组成的系统碰撞前后总动量守恒。 
实验器材：斜槽、铅垂线、大小相等而质量不等的小球两个、白纸、复写纸、刻度尺、圆规、三角板、天平。实验步骤：(1)用　　　　测出两小球的质量,并选定质量大的小球为入射小球。 (2)按照图所示,安装实验装置。调整固定斜槽,应使斜槽末端　　　　,即在水平槽上放置小球,小球能够保持静止,说明槽口末端水平。 (3)在水平地面上适当位置铺放白纸,在白纸上铺放复写纸,记下　　　　　所指的位置O。 (4)不放被碰小球,让入射小球从斜槽上某固定高度滚下,重复10次。用尽可能小的　　　　把所有的小球落点圈在里面,_______　　　　P就是小球落点的平均位置。 
(5)把被碰小球放在斜槽末端,让入射小球从　　　高度滚下,使它们发生碰撞,重复实验10次。用步骤(4)的方法,标出碰后入射小球落点的平均位置M和被碰小球的落点的平均位置N。如图所示。 (6)连接ON,测量线段OP、OM、ON的长度。将测量数据填入表中。
数据处理：记录分析结论:　 。 注意事项：(1)斜槽末端点的切线要水平。(2)入射小球的质量大于被碰小球的质量。(3)每次入射小球在斜槽上同一高度自由滚下。(4)白纸铺好后不能移动。
碰撞前两小球的动量之和等于碰撞后两小球的动量之和
1．对于实验最终的结论m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′，下列说法正确的是 (　　)A．仅限于一维碰撞B．任何情况下m1v1( 2)＋m2v2( 2)＝m1v1′2＋m2v2′2也一定成立C．式中的v1、v2、v1′、v2′都是速度的大小D．式中的不变量是m1和m2组成的系统的质量与速度乘积之和
【答案】D【解析】这个实验虽然是在一维情况下设计的实验，但结论具有普遍性，对各种碰撞均成立；系统的质量与速度的乘积之和在碰撞前后为不变量是实验的结论，其他探究的结论情况不成立，而速度是矢量，应考虑方向。故选项D正确。
2．某同学频闪照相和气垫导轨验证动量守恒定律，现用天平测出滑块A、B的质量分别为300g和200g，接着安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平．然后向气垫导轨通入压缩空气，再把A、B两滑块放到导轨上，分别给它们初速度，同时开始闪光照相，闪光的时间间隔设定为
.如图所示是闪光4次拍摄得到的照片，其间A、B两滑块均在0~80cm刻度范围内．第一次闪光时，滑块B恰好通过x=55cm处，滑块A恰好通过x=70cm，碰撞后滑块A静止．关于该实验，下列判断正确的是（ ）
A．两滑块的碰撞发生在第一次闪光后0.1sB．碰撞前A的速度大小是0.5m/sC．碰撞前B的速度大小是1.0m/sD．实验结果表明，碰撞前后系统动量守恒
【答案】AD【解析】A．由于碰撞后滑块A静止，由图可知，碰撞发生在x=60cm处；从碰撞到第二次闪光B的运动的距离为10cm，则用时为0.1s，所以，两滑块的碰撞发生在第一次闪光后0.1s ，故A正确；B．碰撞前0.1s内A的位移大小为10cm，所以碰撞前A的速度大小是1m/s，故B错误； C．碰撞前0.1s内B的位移大小为5cm，所以碰撞前B的速度大小是0.5m/s，故C错误；D．碰撞后0.2s内B的位移大小为20cm，所以碰撞后B的速度大小是1m/s；设向左为正方向，碰撞前的动量为P1=mAvA-mBvB=0.3×1-0.2×0.5=0.2kgm/s，碰撞后的动量为P2=0.2×1=0.2kgm/s，碰撞前后动量守恒，故D正确．故选AD
3．某同学设计了一个用打点计时器验证碰撞中的动量守恒的实验：在小车A的前端黏有橡皮泥，推动小车A使之做匀速运动，然后与原来静止在前方的小车B相碰并黏合成一体，继续做匀速运动，他设计的装置如图所示。在小车A后连着纸带，电磁打点计时器的电源频率为50 Hz，长木板下垫着小木片。则（ ）
A．长木板垫着小木片是为了平衡摩擦，保证小车碰撞前后做匀速运动B．实验过程中应先接通电源，再让小车A运动C．计算碰撞前后小车的速度时，在纸带上任选对应过程的一段即可D．此碰撞中A、B两小车这一系统的机械能守恒
【答案】AB【解析】AC．长木板垫着小木片是为了平衡摩擦，保证小车碰撞前后做匀速运动，所以在计算碰撞前B．后小车的速度时，应选取纸带上匀速运动对应过程的一段计算，A正确，C错误；B．在使用打点计时器时，应先接通电源后释放小车，B正确；D．碰撞过程中由于存在能量损失，故机械能不守恒，D错误。故选AB。故选AD
4．某同学利用打点计时器和气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”的实验，气垫导轨装置如图甲所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成．在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔，向导轨空腔内不断通入压缩空气，压缩空气会从小孔中喷出，使滑块稳定地漂浮在导轨上，如图乙所示，这样就大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差．
(1)下面是实验的主要步骤：①安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；②向气垫导轨通入压缩空气；③把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧，将纸带穿过打点计时器和弹射架并固定在滑块1的左端，调节打点计时器的高度，直至滑块拖着纸带移动时，纸带始终在水平方向；④使滑块1挤压导轨左端弹射架上的弹射装置；
⑤把滑块2(所用滑块1、2如图丙所示)放在气垫导轨的中间；⑥先________，然后________，让滑块带动纸带一起运动；⑦取下纸带，重复步骤④⑤⑥，选出较理想的纸带如图丁所示；⑧测得滑块1(包括撞针)的质量为310 g，滑块2(包括橡皮泥)的质量为205 g；试着完善实验步骤⑥的内容．(2)已知打点计时器每隔0.02 s打一个点，计算可知，两滑块相互作用前质量与速度的乘积之和为________ kg·m/s；两滑块相互作用后质量与速度的乘积之和为____________ kg·m/s.(保留三位有效数字)(3)试说明(2)问中两结果不完全相等的主要原因是________________．
【答案】(1)接通打点计时器的电源　放开滑块1(2)0.620　0.618　(3)纸带与打点计时器的限位孔间有摩擦【解析】相互作用前滑块1的速度v1＝
m/s＝2 m/s，
m/s＝1.2 m/s
其质量与速度的乘积为m1v1＝0.310 kg×2 m/s＝0.620 kg·m/s，相互作用后滑块1和滑块2具有相同的速度v＝
其质量与速度的乘积之和为(m1＋m2)v(0.310 kg＋0.205 kg)×1.2 m/s＝0.618 kg·m/s