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

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第一册4 实验：验证动量守恒定律备课ppt课件，共27页。PPT课件主要包含了实验结论等内容，欢迎下载使用。
4　实验:验证动量守恒定律
一、实验思路我们研究的两个物体碰撞前沿同一直线运动,碰撞后仍沿这条直线运动.应该尽量创造实验条件,使系统所受外力的矢量和近似为0.在一维碰撞中,测出物体的质量和碰撞前后物体的速度,找出碰撞前的动量p=m1v1+m2v2及碰撞后的动量p'=m1v1'+m2v2',看碰撞前后动量是否相等.
答案:①数字计时器(或速度传感器);②测摆角(机械能守恒);③打点计时器和纸带;④平抛法.还可用频闪照相得到等时间间隔的物体位置,从而分析速度.
不同方案的主要区别在于测速度的方法不同,那么你能想到哪些测量速度的方法?
二、进行实验方案一:研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒1.实验方案(1)实验装置如图所示.
(2)实验设计.情形①:在两个滑块之间放置轻质弹簧,挤压两个滑块使弹簧压缩,并用一根细线将两个滑块固定,且使它们静止.烧断细线,弹簧弹开后落下,两个滑块由静止向相反方向运动(图甲).情形②:在两滑块相碰的端面装上弹性碰撞架(图乙),滑块碰撞后随即分开.这样可以得到能量损失很小的碰撞.情形③:在两个滑块的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥(图丙),碰撞时撞针插入橡皮泥中,两个滑块连成一体运动,这样可以得到能量损失很大的碰撞.
2.实验步骤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,验证动量守恒定律;(7)整理器材,结束实验.
3.数据记录及分析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.分析碰撞前后系统动量是否守恒.
方案二:研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒1.实验方案实验装置如图所示.
(1)测质量:用天平测出两个小球的质量,并选质量大的小球为入射小球.(2)位移测量:分别测量不碰撞时小球的水平位移和两小球碰撞后各自的水平位移.(3)安装:将斜槽固定在铁架台上,并调整斜槽末端水平,在桌面上铺上白纸,上面再铺好复写纸,记下铅垂线所指的位置O.
2.实验步骤(1)不放被撞小球,让入射小球从斜槽上某固定位置处自由滚下.重复10次,用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面,圆心P就是小球落点的平均位置.(2)把被撞小球放在斜槽末端,让入射小球从斜槽同一位置自由滚下,使它们发生碰撞,重复实验10次,用(1)中的方法,分别标出入射小球发生碰撞后的落点的平均位置M和被撞小球落点的平均位置N.
3.数据处理如图所示,连接ON,测量线段OP、OM、ON的长度,分析在误差允许的范围内m1xOP=m1xOM+m2xON是否成立.
答案:在实验误差允许范围内,碰撞前后系统动量守恒.
四、误差分析1.系统误差:主要来源于装置本身.造成系统误差的原因:(1)碰撞不是一维碰撞;(2)实验装置和操作未达到实验要求,如气垫导轨不水平,两球体积不相等,入射小球的释放高度存在差异等.2.偶然误差:主要来源于质量m1、m2和碰撞前后速度(或水平射程)的测量.
五、注意事项1.碰撞的两物体应在同一高度,并发生“正碰”.2.选取质量不同的物体进行实验.3.若利用气垫导轨进行实验:(1)调整气垫导轨时,注意利用水平仪确保导轨水平,滑块的初速度应沿着导轨的方向;(2)如果物体碰撞后的速度方向与原来的方向相反,数据记录和分析时速度为负值.
4.若利用平抛运动规律进行验证:(1)安装实验装置时,应注意调整斜槽,使斜槽末端水平;(2)为防止两球碰撞后入射球反弹,入射小球的质量应大于被碰小球的质量;(3)实验时需要用铅垂线确定小球做平抛运动的起点在白纸上对应的位置.
命题角度1　巩固强化——应该怎么做
【典例1】某同学利用气垫导轨做验证动量守恒定律的实验,实验装置如图所示,所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架、光电门等组成.
(1)主要实验步骤.①安装好气垫导轨,调节气垫导轨使导轨水平;②向气垫导轨通入压缩空气;③接通数字计时器;④把滑块2静止放在气垫导轨的中间;⑤滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳;⑥释放滑块1,滑块1通过光电门1后与左侧有固定弹簧的滑块2碰撞,碰后滑块2和滑块1依次通过光电门2,两滑块通过光电门后依次被制动;⑦读出滑块通过两个光电门的挡光时间,滑块1通过光电门1的挡光时间Δt1=10.01 ms,通过光电门2的挡光时间Δt2=49.99 ms,
滑块2通过光电门2的挡光时间Δt3=8.35 ms;⑧测出挡光片的宽度d=5 mm,测得滑块1的质量为m1=300 g,滑块2(包括弹簧)的质量为m2=200 g.(2)数据处理与实验结论.①实验中气垫导轨的作用是　　 　和　　 　. ②碰撞前滑块1的速度v1为　　　　m/s;碰撞后滑块1的速度v2为　　　　m/s,滑块2的速度v3为　　　　m/s.(结果保留两位有效数字) ③计算可知两滑块相互作用以前系统的总动量为 　kg·m/s;两滑块相互作用以后系统的总动量为　　　　kg·m/s.以上实验结果说明　　　　　　　　　　　. 
答案:(2)①减小滑块和导轨之间的摩擦　保证两个滑块的碰撞是一维的②0.50　0.10　0.60③0.15　0.15　碰撞前后系统的动量守恒
【典例2】如图甲所示,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,但可以通过仅测量　　　　(填选项前的字母)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h'C.小球做平抛运动的射程
(2)图甲中O点是小球抛出点在水平地面上的垂直投影.实验时,先让质量为m1的入射小球多次从斜轨上S位置由静止释放,找到其平均落地点的位置P,测量平抛射程xOP.然后把质量为m2的被碰小球静置于轨道的水平部分的末端,再将入射小球从斜轨上S位置由静止释放,与被碰小球相碰,并重复多次.接下来要完成的必要步骤是　　　　.(填选项前的字母) A.用天平测量两个小球的质量m1、m2B.测量入射小球开始释放的高度hC.测量抛出点距地面的高度h'D.分别找到两小球相碰后平均落地点的位置M、NE.测量平抛射程xOM、xON
答案:(1)C　(2)ADE　(3)14　2.9　1.01
命题角度2　拓展迁移——还能怎么做
【典例3】某同学设计了一个用打点计时器验证动量守恒定律的实验,小车A的前端粘有橡皮泥,设法使小车A做匀速直线运动,使其与原来静止的小车B相碰并粘在一起继续做匀速运动,如图甲所示.小车A的后面连着纸带,电磁打点计时器的频率为50 Hz.
(1)若得到的打点纸带如图乙所示,并测得各计数点间的距离,则应选图中　　 段来计算A碰撞前的速度,应选　 段来计算A和B碰撞后的速度. 
(2)已测得小车A的质量mA=0.40 kg,小车B的质量mB=0.20 kg,则由以上数据可得碰撞前mAvA+mBvB=　　 　　 kg·m/s,碰撞后mAvA'+mBvB'=　　　　　kg·m/s. (3)从实验数据的处理结果来看,A、B碰撞的过程中,动量 . (选填“是”或“不是”)守恒的.