高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第一册第一章 动量和动量守恒定律第三节 动量守恒定律课堂教学课件ppt

这是一份高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第一册第一章 动量和动量守恒定律第三节 动量守恒定律课堂教学课件ppt，共26页。

实验原理本实验用两个大小相同但质量不等的小球的碰撞来验证动量守恒定律。让一个质量较大的小球从斜槽上滚下来，跟放在斜槽末端的另一个质量较小的小球发生碰撞(正碰)。设两个小球的质量分别为m1和m2。碰撞前，质量为m1的入射球的速度是v1，质量为m2的被碰小球静止。两个小球碰撞前的总动量是m1v1。碰撞后，入射小球的速度是v1′，被碰小球的速度是v2′。两个小球碰撞后的总动量是m1v1′＋m2v2′。根据动量守恒定律，应该有m1v1＝m1v1′＋m2v2′如果我们分别测出两个小球的质量和两个小球在碰撞前后的速度，把它们代入上式，就可以验证两个小球碰撞前后的动量是否守恒。
实验步骤1．按如图所示安装实验仪器，通过水平调节螺钉使斜槽末端处于水平，钢球放在上面能保持静止状态。在木板上依次铺上白纸、复写纸。利用重垂线在白纸上分别标注斜槽水平段端口、靶球初位置(支球柱)在白纸平面的投影点O和点O′。
2．用天平测出两个大小相同、但质量不同的钢球的质量，质量大的钢球m1作为入射球，质量小的钢球m2作为靶球。3．先让入射球单独从斜槽上端紧靠定位板的位置自由滑下，在白纸上留下落地碰撞的痕迹。4．让入射球从斜槽上端同一位置自由滑下，与放在支球柱上的靶球发生碰撞，两球分别在白纸上留下落地碰撞的痕迹。5．测出入射球m1两次落地碰撞点与点O的距离s和s1，靶球m2落地碰撞点与点O′的距离s2。6．整理好实验仪器，放回原处。
数据处理将测量数据代入m1s＝m1s1＋m2s2，看在误差允许的范围内是否成立。注意事项1．保证碰撞的两球“水平”和“正碰”。2．保证入射小球每次以同一位置由静止释放。3．入射小球的质量大于被碰球的质量。4．测量平抛运动小球的水平位移时，注意两球平抛起点在白纸平面的投影是不同的。
误差分析1．系统误差：主要来源于装置本身是否符合要求。(1)碰撞是否为一维。(2)实验是否满足动量守恒的条件。2．偶然误差：主要来源于质量m和速度v的测量。
(一)实验原理与操作[典例1]　某同学用如图1所示的装置做“动量守恒定律的验证”的实验。先将a球从斜槽轨道上某固定点处由静止开始滚下，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球放在斜槽轨道末端水平段的最右端静止放置，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。
(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做平抛运动的时间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水平部分间的高度差h(2)根据实验要求，ma________(填“大于”“小于”或“等于”)mb。(3)放上被碰小球后，两小球碰后是否同时落地？如果不是同时落地，对实验结果有没有影响？(不必做分析)_____________________________________。
(4)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，如图2给出了小球a落点附近的情况，由图可得OB的距离应为________cm。(5)按照本实验方法，验证动量守恒定律的表达式是____________________________________________________________________________________。
[微点拨](1)由于运动时间相同，故可以用距离代替速度。(2)碰撞小球质量应大于被碰撞小球质量。(3)为减小误差，应重复10次确定落点。　　　
[对点训练]1．某同学在做“动量守恒定律的验证”实验中，所用装置如图甲所示。　　甲　　　　　　　　　　　　乙(1)下面是本实验部分测量仪器或工具，需要的是________。A．秒表　　　　　　　　　B．天平C．刻度尺 D．弹簧秤
(2)为了完成本实验，下列必须要求的实验条件是________。A．斜槽轨道末端的切线必须水平B．入射球和被碰球的质量必须相等C．入射球和被碰球大小必须相同D．入射球每次不必从轨道的同一位置由静止滚下(3)某次实验中得出的落点情况如图乙所示，假设碰撞过程中质量与速度的乘积mv守恒，则入射小球质量m1和被碰小球质量m2之比为________。
解析：(1)本实验需要天平称量物体的质量，需要刻度尺测量长度，故选B、C。(2)要保证碰撞后两个球做平抛运动，故斜槽轨道末端的切线必须水平，故A正确；入射球质量要大于被碰球质量，即m1＞m2，防止碰后m1被反弹，故B错误；为保证两球正碰，则两球大小必须相等，故C正确；为保证碰撞的初速度相同，入射球每次必须从轨道的同一位置由静止滚下，故D错误。(3)若质量与速度的乘积mv守恒，则有m1·lOP＝m1·lOM＋m2·lON，代入数据，有：m1×0.255＝m1×0.155＋m2×0.400解得：m1∶m2＝4∶1。答案：(1)BC　(2)AC　(3)4∶1
(2)在本实验中，根据实验测得的数据，当关系式____________________成立时，即可验证碰撞过程中动量守恒。(3)在本实验中，为了尽量减小实验误差，在安装斜槽轨道时，应让斜槽末端保持水平，这样做的目的是________。A．入射球与被碰小球碰后均能从同一高度飞出B．入射球与被碰小球碰后能同时飞出C．入射球与被碰小球离开斜槽末端时的速度为水平方向D．入射球与被碰小球碰撞时的动能不损失
[对点训练]2．在用气垫导轨做“动量守恒定律的验证”实验时，左侧滑块质量m1＝200 g，右侧滑块质量m2＝160 g，挡光片宽度为3.00 cm，两滑块之间有一压缩的弹簧片，并用细线将两滑块连在一起，如图所示。开始时两滑块静止，烧断细线后，两滑块分别向左、右方向运动。挡光片通过光电门的时间分别为Δt1＝0.30 s，Δt2＝0.24 s。则两滑块的速度分别为v1′＝________m/s，v2′＝________m/s。烧断细线前m1v1＋m2v2＝________kg·m/s，烧断细线后m1v1′＋m2v2′＝________kg·m/s。可得到的结论是____________________________________________________________。
(三)实验创新考查[典例3]　某班物理兴趣小组选用如图所示装置来做“动量守恒定律的验证”实验。将一段不可伸长的轻质绳一端与力传感器(可以实时记录绳所受的拉力)相连固定在O点，另一端连接小钢球A(绳长远大于小钢球半径)，把小钢球拉至M处可使绳水平拉紧，在小钢球最低点N右侧放置有一水平气垫导轨，气垫导轨上放有小滑块B(B上安装宽度较小且质量不计的遮光板)、光电门(已连接数字毫秒计)。当地的重力加速度为g。
某同学按如图所示安装气垫导轨、滑块B(调整滑块B的位置使小钢球自由下垂静止在N点时与滑块B接触且无压力)和光电门，调整好气垫导轨高度，确保小钢球A通过最低点时恰好与滑块B发生正碰。让小钢球A从某位置静止释放，摆到最低点N与滑块B碰撞，碰撞后小钢球A并没有立即反向，碰撞时间极短。(1)为完成实验，除了遮光板通过光电门的时间Δt、碰撞前瞬间绳的拉力F1、碰撞结束瞬间绳的拉力F2、滑块B的质量mB和遮光板宽度d外，还需要测量的物理量有________。A．小钢球A的质量mAB．绳长LC．小钢球从M到N运动的时间
(2)滑块B通过光电门时的瞬时速度vB＝________。(用题中已给的物理量符号来表示)(3)实验中如果有表达式_________________________________________(用题中已给的物理量符号来表示)成立，即可验证动量守恒定律。
[微点拨](1)用力传感器测量球A与滑块B碰撞前后细绳的拉力，从而利用牛顿第二定律确定球A碰撞前后的速度。(2)利用光电门测量滑块B碰撞后的速度。(3)碰撞后球A没有立即反向，说明球A碰后瞬间速度方向仍水平向右。　　　
[对点训练]3．利用气垫导轨通过频闪照相进行“验证动量守恒定律”这一实验。某次实验时，碰撞前B滑块静止，A滑块匀速向B滑块所处方向运动并发生碰撞，利用频闪照相的方法连续4次拍摄得到的频闪照片如图所示。已知相邻两次闪光的时间间隔为T，在这4次闪光的过程中，A、B两滑块均在0～80 cm内，且第1次闪光时，滑块A恰好位于x＝10 cm处。若A、B两滑块的碰撞时间及闪光持续的时间极短，均可忽略不计，则可知碰撞发生在第1次闪光后的________时刻，A、B两滑块质量之比mA∶mB＝________。