人教版 (2019)选择性必修 第一册4 实验：验证动量守恒定律课文内容课件ppt

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第一册4 实验：验证动量守恒定律课文内容课件ppt，共34页。PPT课件主要包含了目录索引等内容，欢迎下载使用。

基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
学以致用·随堂检测全达标
一、实验目的验证碰撞中的动量守恒。　 用实验证实动量守恒定律的正确性二、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 ,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)利用在滑块上增加已知质量的重物的方法改变碰撞物体的质量。
(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),滑块碰撞后随即分开,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)、数字计时器、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。 导轨水平的标志(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。
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。
四、参考案例2　研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒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)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。
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。
易错辨析(1)利用气垫导轨验证动量守恒时,气垫导轨使用前须调节到水平状态。(　　)(2)在气垫导轨上放滑块前,须先给导轨通压缩空气。(　　)(3)滑块通过光电门时的速度大小可以用挡光片的宽度与挡光时间的比值表示。(　　)(4)利用斜槽验证动量守恒时,斜槽末端不需要调整到水平。(　　)
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。
(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。(　　)(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。(　　)
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。
探究点一　实验原理、操作和数据处理的考查
【例1】 某同学用如图甲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,图甲中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。图甲中O点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点,B球落点痕迹如图乙所示,刻度尺的零点与O点对齐。
(1)碰撞后B球的水平射程应取　　　　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、B两球落点位置到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
答案 (1)64.8　(2)ABC解析 (1)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)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、B两球落点位置到O点的距离及A、B两球的质量,故选A、B、C。
【例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,弹射架与光电门之间距离足够长。
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接通数字计时器;
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)见解析解析 (1)a.大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差;b.保证两个滑块的碰撞是一维的。
(3)能验证动量守恒定律,理由:系统碰撞前的动量m1v1=0.15 kg·m/s,系统碰撞后的动量m1v2+m2v3=0.15 kg·m/s,m1v1=m1v2+m2v3。
探究点二　创新方案的设计
【例3】 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”) 
乙(2)已测得小车A的质量mA=0.30 kg,小车B的质量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”)。 
答案 (1)BC　DE　(2)1.035　1.03　(3)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。
(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。
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。斜槽末端的铅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,记录平均位置B点;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,分别记录平均位置A、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,a球的质量ma　　　　(选填“大于”或“小于”)b球的质量mb。 乙(3)为测定未放小球b时,小球a落点的平均位置B点,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,由图乙可得OB的距离为　　　　　 cm。 (4)按照本实验方法,要验证的等式为　　　　　　　　　　　　。 
答案 (1)BE　(2)大于　(3)45.95(45.93~45.99均正确)　(4)ma·OB=ma·OA+mb·OC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。
2.(2023重庆一中期中)利用气垫导轨(全程不考虑其对滑块的阻力)和两个光电门验证动量守恒定律,滑块和遮光条总质量为m1,遮光条的宽度为d。如图甲所示,将气垫导轨调整水平后,将滑块静置于光电门1左侧,推动滑块,使其获得水平向右的速度后手放开,滑块经过光电门1后,有一质量为m2的橡皮泥从h高处由静止落下,刚好落至下方经过的滑块上,迅速粘一起后随滑块向右经过光电门2,光电门1、2记录的挡光时间分别为Dt1、Dt2,重力加速度为g。
(1)用游标卡尺测得遮光条的宽度如图乙所示,其读数为　　　　 mm。 (2)若碰撞过程中水平方向动量守恒,则应满足的关系式为 =__________　　　　　　　　(用以上所给已知量表示)。 (3)实验中遮光条宽度的测量值有误差对验证碰撞过程水平方向动量守恒有无影响?请说明理由:  　。