人教版 (2019)4 实验：验证动量守恒定律评课课件ppt

这是一份人教版 (2019)4 实验：验证动量守恒定律评课课件ppt，共34页。PPT课件主要包含了内容索引，学习目标，思维导图，课前篇自主预习，课堂篇探究学习等内容，欢迎下载使用。
1.通过分析教材提供的实验方案学习根据要求设计实验的方法(科学探究)2.能够正确使用气垫导轨、光电门并获得实验数据(科学探究)3.能够正确进行斜槽实验(科学探究)4.通过实验培养实事求是的科学态度(科学态度与责任)
[自主阅读]一、实验目的验证碰撞中的动量守恒。二、实验思路在一维碰撞(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=m1v1'+m2v2',那么碰撞中动量守恒。
三、参考案例1　研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒1.实验中物理量的测量(1)质量的测量:用天平测量质量。(2)速度的测量:利用公式v= ,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)经过光电门所对应的时间。(3)利用在滑块上增加重物的方法改变碰撞物体的质量。
2.实验方法(1)用细线将弹簧片压缩,放置于两个滑块之间,并使它们静止,然后烧断细线,弹簧片弹开后落下,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(含气泵)、光电计时器、滑块(带挡光片)、弹簧片(或弹簧)、细绳、弹性碰撞架、撞针、橡皮泥等。【实验步骤】(1)用天平测出两滑块的质量,用毫米刻度尺测出滑块上挡光片的宽度。(2)安装好气垫导轨,调节导轨下面的调节旋钮,直到水平仪中的气泡位于中央,此时导轨水平。(3)接通气泵的电源,向气垫导轨通入压缩空气。(4)按照实验方法(2),把滑块2放在气垫导轨的中间,使滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮筋后释放滑块1。(5)记录滑块1通过光电门的时间t1,碰后滑块1和滑块2依次通过光电门的时间t1'、t2。
【数据处理】结论:碰撞前两滑块的动量之和等于碰撞后两滑块的动量之和。【注意事项】(1)气垫导轨是一种精度较高的现代化仪器,切忌振动、重压,严防碰伤和划伤,禁止在不通气的情况下将滑块在轨面上滑动。(2)调整气垫导轨时要利用水平仪确保导轨水平。
1.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平抛运动。由平抛运动知识可知,各小球落地的时间相等。这样如果用小球的飞行时间作时间单位,那么小球飞出的水平距离在数值上就等于它的水平
四、参考案例2　研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
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,以及入射小球与被碰小球碰撞后分别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=m1OM+m2ON,就验证了小球组成的系统碰撞前后总动量守恒。
2.实验方法【实验器材】斜槽、铅垂线、质量不等的小球、白纸、复写纸、刻度尺、圆规、三角板、天平等。【实验步骤】(1)用天平测出两个小球的质量,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,应使斜槽末端水平,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,记下铅垂线所指的位置O(斜槽末端)。
(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。(5)把被碰小球放在斜槽末端,让入射小球从同一高度滚下,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】结论:碰撞前两小球的动量之和等于碰撞后两小球的动量之和。【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。
[自我检测]正误判断(1)气垫导轨使用前须调节到水平状态。(　　)答案 √(2)在气垫导轨上放滑块前,须先给导轨通压缩空气。(　　)答案 √(3)滑块通过光电门时的速度大小等于挡光片的宽度与挡光时间的比。(　　)答案 √
(4)利用斜槽验证动量守恒时,斜槽末端不需要调整到水平。(　　)解析 只有斜槽末端水平,才能保证小球碰前或碰后做平抛运动,进而用水平射程替代速度。答案 ×(5)利用斜槽验证动量守恒时,入射小球的质量可以小于被碰小球的质量。(　　)解析 为保证入射小球碰后不反弹,其质量不能小于被碰小球的质量。答案 ×(6)利用斜槽验证动量守恒时,两小球碰后的速度大小可以用它们做平抛运动的水平距离替代。(　　)答案 √
例题1某同学用如图所示的装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来验证碰撞过程中的动量守恒,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。图中O点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点,B球落点痕迹如图所示,其中刻度尺水平放置,且平行于G、R、O所在的平面,刻度尺的零点与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,本次实验必须进行的测量是　 。 A.水平槽上未放B球时,A球落点位置到O点的距离B.A球与B球碰撞后,A球落点位置到O点的距离C.A球与B球的质量D.G点相对于水平槽面的高度
解析 (1)本题利用了高度相同、小球运动时间相同,在比例式中,可以用位移代替速度,即变难测物理量为易测物理量的原理,围绕10个落点所在的范围作最小的圆,其圆心即为平均落点,xB=64.8 cm。(2)还应测出未放B球时,A球落点位置到O点的距离,A球和B球碰撞后,A球落点位置到O点的距离及A、B两球的质量。答案 (1)64.8　(2)ABC
例题2某同学利用气垫导轨做验证动量守恒定律的实验,气垫导轨装置如图所示,所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架、光电门等组成。
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向气垫导轨中通入压缩空气;③接通光电计时器;④把滑块2静止放在气垫导轨的合适位置;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1和滑块2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)质量为m2=200 g。(1)实验中气垫导轨的作用是:a.  　;  b.  　。 (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。(结果均保留两位有效数字) (3)在误差允许的范围内,通过本实验,能否验证动量守恒定律?通过对实验数据的分析说明理由。 　 。 
答案 (1)见解析(2)0.50　0.10　0.60(3)见解析
例题3(2020陕西黄陵中学期中)如图甲所示,在做验证动量守恒定律的实验时,小车A的前端粘有橡皮泥,推动小车A使之运动。小车A匀速运动后与原来静止在前方的小车B相碰并合成一体,继续向前运动,在小车A后连着纸带,电磁打点计时器电源频率为50 Hz,长木板右端下面垫放小木片以平衡摩擦力。
(1)获得的纸带如图乙所示,各计数点间距已标在图上。A为运动起始的第一点,则应选　　　　　段来计算A的碰前速度,应选　　　　　段来计算A和B碰后的共同速度。(均选填“AB”“BC”“CD”或“DE”) 
(2)已测得小车A的质量mA=0.30 kg,小车B的质量为mB=0.20 kg,由以上测量结果可得碰前系统总动量为　　kg·m/s,碰后系统总动量为　　kg·m/s。 (3)实验结论:在误差允许的范围内,小车A、B组成的系统碰撞前后总动量　　　　(选填“守恒”或“不守恒”)。 
解析 (1)小车由静止开始运动,故小车有个加速过程,在碰撞前做匀速直线运动,即在相同的时间内通过的位移相同,故BC段为匀速运动的阶段,故选BC段计算碰前的速度。碰撞过程是一个变速运动的过程,而A和B碰后共同运动时做匀速直线运动,在相同的时间内通过相同的位移,故应选DE段来计算碰后的共同速度。(2)系统的动量即碰前A的动量碰后的总动量 =1.03 kg·m/s。(3)在误差允许的范围内,小车A、B组成的系统碰撞前后总动量守恒。答案 (1)BC　DE　(2)1.035　1.03　(3)守恒
1.某同学用如图甲所示的装置做验证动量守恒定律的实验。斜槽末端的重垂线在白纸上所指的位置记为O点。先将a球从斜槽轨道上某固定点处由静止释放,a球在水平地面上的记录纸上留下压痕,重复10次;再把同样大小的b球静止放在斜槽轨道末端,让a球仍从原固定点由静止开始滚下,和b球相碰后,两球分别落在记录纸的不同位置处,重复10次。各落点的平均位置如图甲所示,记为A、B、C点。
(1)本实验必须测量的物理量有　　　　　。 A.斜槽轨道末端到水平地面的高度HB.小球a、b的质量ma、mbC.小球a、b的半径rD.小球a、b离开斜槽轨道末端后平抛飞行的时间tE.记录纸上O点到A、B、C各点的距离OA、OB、OCF.a球的固定释放点到斜槽轨道末端的高度差h(2)根据实验要求,ma　　　　(填“大于”或“小于”)mb。 (3)为测定未放小球b时,小球a落点的平均位置,把刻度尺的零刻度线跟记录纸上的O点对齐,图乙给出了小球a落点附近的情况,由图可得OB的距离为　　　　　 cm。 (4)按照本实验方法,要验证的等式为　　　　　。 
解析 (1)必须测量小球a和b的质量ma、mb,B正确;小球重心离开水平轨道开始做平抛运动,高度一定,平抛时间一定,所以可以用水平射程表示平抛初速度,不需要测斜槽末端到水平地面的高度和平抛时间,而落点到O点的距离即为水平射程,没必要测小球的半径,所以E正确,A、C、D错误;只要保证a球每次下落的高度不变就可以,不需要测出高度差h,F错误。(2)为了防止出现A球反弹的现象,ma要大于mb。(3)由题图可知,OB的距离为45.95 cm。(4)设a、b两球做平抛运动的时间为t,则 ,则要验证的等式为ma·OB=ma·OA+mb·OC。答案 (1)BE　(2)大于　(3)45.95(45.93~45.99均正确)　(4)ma·OB=ma·OA+mb·OC
2.下图为气垫导轨上两个滑块A、B相互作用后运动过程的频闪照片,频闪的频率为10 Hz。开始两个滑块静止,它们之间有一根被压缩的轻弹簧,滑块用细绳连接,细绳烧断后,两个滑块向相反方向运动。已知滑块 A、B的质量分别为200 g、300 g,根据照片记录的信息,可知细绳烧断后,A滑块做　　　　　　　　运动,其速度大小为　　　m/s。本实验中得出的结论是　  　。 
解析 由题图可知,细绳烧断后,A、B均做匀速直线运动,开始时:vA=0,vB=0,规定向右方向为正方向,则A、B被弹开后,vA'=-0.09 m/s,vB'=0.06 m/smAvA'=0.2×(-0.09) kg·m/s=-0.018 kg·m/smBvB'=0.3×0.06 kg·m/s=0.018 kg·m/s由此可得0=mBvB'+mAvA'结论是两滑块组成的系统在相互作用前后总动量相等。答案 匀速直线　0.09　两滑块组成的系统在相互作用前后总动量相等