高中人教版 (2019)第一章 动量守恒定律4 实验：验证动量守恒定律授课ppt课件

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知识点 实验思路
两个物体在碰撞时，相互作用力远大于外力，外力可以忽略不计，满足动量守恒定律的条件。我们研究最简单的情况——正碰。
知识点 方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒。
实验原理：利用气垫导轨来减小摩擦力，用天平测出两滑块的质量，用光电计时器测量滑块碰撞前后的速度，计算碰撞前后的总动量，看其是否守恒。
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．
数据处理：1、将以上三个实验过程中测得的数据填入下表中
注意事项（1）若利用气垫导轨进行实验，调整气垫导轨时，注意利用水平仪确保导轨水平．（2）规定好正方向，如果滑块的速度与规定的正方向一致，则速度取正值，否则取负值．（3）改变滑块的质量，进行多次实验，寻找普遍规律。
知识点 方案二：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
实验步骤：（1）测质量：用天平测出两小球的质量，并选定质量大的小球为入射小球。（2）安装：按照图甲所示安装实验装置，调整固定斜槽使斜槽底端水平。（3）铺纸：白纸在下，复写纸在上且在适当位置铺放好，记下重垂线所指的位置O。
（4）放球找点，不放被撞小球，每次让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下，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F就是小球落点的平均位置。（5）碰撞找点，把被撞小球放在斜槽末端，每次让入射小球从斜槽同一高度自由滚下，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和被撞小球落点的平均位置N，如图所示。
（6）验证：连接N，测量线段OP、OM、ON的长度。将测量数据填入表中。最后代入m1·OP。（7）结束：整理好实验器材放回原处。
注意事项（1）碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”（2）斜槽末端的切线必须水平，入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放。（3）地面须水平，白纸铺好后实验过程中不能移动，否则会造成很大的误差。
例：某同学运用以下实验器材，设计了一个碰撞实验来寻找碰撞前后的不变量：打点计时器、低压交流电源(频率为50Hz)、纸带、表面光滑的长木板、带撞针的小车A、带橡皮泥的小车B、天平。该同学设计的实验步骤如下：A．用天平测出小车A的质量为mA＝0.4kg、小车B的质量为mB＝0.2kgB．更换纸带重复操作三次
C．小车A靠近打点计时器放置，在车后固定纸带，把小车B放在长木板中间D．把长木板平放在桌面上，在一端固定打点计时器，连接电源E．接通电源，并给小车A一定的初速度vA(1)请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来______。(2)打点计时器打下的纸带中，比较理想的一条如图所示，根据这些数据完成下表。
解析：(1)按照先安装，后实验，最后重复的顺序，该同学正确的实验步骤为ADCEB。(2)碰撞前后均为匀速直线运动，由纸带上的点迹分布求出速度。碰后小车A、B合为一体，求出AB整体的共同速度。注意打点计时器的频率为50Hz，打点时间间隔为0.02s，通过计算得下表。
(3)由表中数值可看出mv一行中数值相同，可猜想碰撞前后不变量的表达式为mAvA＋mBvB＝(mA＋mB)v。答案：(1)ADCEB　(2)见解析　(3)mAvA＋mBvB＝(mA＋mB)v
例：某同学用图甲所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来寻找守恒量，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是水平槽末端口在记录纸上的垂直投影点，
(1) 碰撞后B球的水平射程应为________cm。(2)若mv为守恒量，在以下选项中，哪些是本次实验必须进行的测量(　　)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E．测量G点相对于水平槽面的高度
(3)实验中，对入射小球在斜槽上释放点的高低对实验影响的说法中正确的是________。A．释放点越低，小球受阻力越小，入射小球速度越小，误差越小B．释放点越低，两球碰后水平位移越小，水平位移测量的相对误差越小，两球速度的测量越准确
C．释放点越高，两球相碰时，相互作用的内力越大，阻力的影响相对越小，误差越小D．释放点越高，入射小球对被碰小球的作用力越大，轨道对被碰小球的阻力越小
解析：(1)将10个点圈在圆内的最小圆的圆心作为平均落点，可由刻度尺测得碰撞后B球的水平射程为64.7cm，因最后一位数字为估计值，允许误差±0.1cm，因此64.6cm和64.8cm也是正确的。
解析：(2)从同一 高度做平抛运动飞行的时间t相同，而水平方向为匀速运动，故水平位移s＝vt，所以只要测出小球飞行的水平位移，就可以用水平位移代替平抛初速度，亦即碰撞前后的速度，证明mA·OP′与mA·OM＋mBON是否相等，即可以说明两个物体碰撞前后各自的质量与其速度的乘积之和是否相等，故必须测量的是两球的质量和水平射程，即选项A、B、D是必须进行的测量。
(3)入射球的释放点越高，入射球碰撞前的速度越大，相撞时作用力越大，阻力的影响相对越小，也有利于减小测量水平位移时的相对误差，从而使实验的误差减小，故A、B、D错误，C正确。答案：(1)64.7cm(64.6～64.8cm均可)　(2)ABD　(3)C点评：该题中利用平抛运动的规律，巧妙的提供了一种测量碰撞前后的速度的方法，既方便又实用。
1．在做“验证动量守恒定律”的整个实验过程中，入射小球多次滚下都应从斜槽上的同一位置无初速度释放，这是为了（　　）A．保证小球每次都水平地飞出槽口B．保证小球每次都以相同速度飞出槽口C．保证小球在空中飞行时间不变D．保证小球每次都沿同一方向运动
【答案】B【详解】入射小球每次滚下都应从斜槽上的同一位置无初速度地释放，是为了使小球每次都以相同的速度飞出槽口。故选B。
2．在做验证动量守恒定律实验时，入射球a的质量为，被碰球b的质量为，小球的半径为r，各小球的落点如图所示，下列关于这个实验的说法正确的是（　　）A．入射球与被碰球最好采用大小相同、质量相等的小球B．让入射球与被碰球连续10次相碰，每次都要使入射球从斜槽上不同的位置滚下C．要验证的表达式是D．要验证的表达式是
【答案】C【详解】A．在此装置中，应使入射球的质量大于被碰球的质量，防止入射球反弹或静止，故A错误；B．入射球每次都必须从斜槽上的同一位置由静止滚下，以保证每次碰撞都具有相同的初动量，故B错误；
CD．两球做平抛运动时都具有相同的起点，结合平抛运动的规律可知，小球运动的时间都相同，因此小球 的速度可表达为同理可得小球碰撞后的速度 ，小球m2的速度 ，验证动量守恒，需要验证应验证的关系式为 ，C正确，D错。故选C。
3．关于“探究碰撞中的不变量”实验，下列说法不正确的是（ ）A．实验要求碰撞一般为一维碰撞B．实验中的不变量是系统中物体各自的质量与速度的乘积之和C．只需找到一种情境的不变量即可，结论对其他情境也同样适用D．进行有限次实验找到的不变量，具有偶然性，结论还需要实践检验
【答案】C【详解】A.这个实验是在一维碰撞情况下设计的，其他非一维碰撞情况未做探究，选项A正确；B.系统中物体各自的质量与速度的乘积之和在碰撞前后为不变量，选项B正确；C.不变量应是在各种情境下都不变的量，具有普遍性，在一种情境下满足的不变量，对其他情境不一定适用，C错误；D.进行有限次实验找到的不变量，具有偶然性，结论还需要在其他情境下进行检验，D正确.故选C.