人教版 (2019)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)4 实验：验证动量守恒定律课文内容课件ppt，共44页。PPT课件主要包含了实验热点•探究突破，随堂训练，实验探究•方案梳理，答案0071等内容，欢迎下载使用。
实验目的1.明确验证动量守恒定律的实验思路。2.掌握同一条直线上运动的两个物体碰撞前后的速度的测量方法。3.掌握实验操作步骤和所需的实验仪器的性能。4.知道实验注意事项,会进行误差分析,并在实验中尽量减小误差。
实验原理在一维碰撞中,与物体运动有关的物理量只有物体的质量和物体的速度,设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'。如果速度方向与规定的正方向一致,则速度取正值,否则取负值。依据动量守恒定律,则有公式m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'成立。
方案1 研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
实验器材气垫导轨、数字计时器、天平、滑块(两个)、重物、轻质弹簧、细线、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等。
实验步骤1.测质量:用天平测出滑块质量。2.安装:正确安装好气垫导轨。3.实验:接通电源,利用配套的数字计时器测出两滑块各种情况下碰撞前后的速度(①改变滑块的质量。②改变滑块的初速度大小和方向)。4.验证:一维碰撞中的动量守恒。数据处理验证的表达式:m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'。
方案2 研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
实验器材斜槽、铁架台、小球(两个)、天平、复写纸、白纸、铅垂线等。
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。记下铅垂线所指的位置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P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M和被撞小球落点的平均位置N,如图所示。
6.验证:连接ON,测量线段OP、OM、ON的长度。将测量数据填入表中。最后代入m1·lOP=m1·lOM+m2·lON,看在误差允许的范围内是否成立。7.结束:整理好实验器材放回原处。
数据处理验证的表达式:m1·lOP=m1·lOM+m2·lON。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)碰撞是否为一维碰撞。(2)实验是否满足动量守恒的条件,如气垫导轨是否水平,两球是否等大,用长木板实验时是否平衡掉摩擦力。2.偶然误差:主要来源于质量m和速度v的测量。
注意事项1.前提条件:碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”。2.方案提醒。(1)若利用气垫导轨进行验证,调整气垫导轨时,应注意利用水平仪确保导轨水平。(2)若利用平抛运动规律进行验证,安装实验装置时,应注意调整斜槽,使斜槽末端水平,且选质量较大的小球为入射小球。
热点1 实验原理与操作
典例剖析【例1】 某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞中的不变量的实验:在小车A的前端粘有橡皮泥,在小车A后连着纸带,推动小车A使之做匀速运动,然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体,继续做匀速运动,他设计的具体装置如图甲所示。
(1)长木板右端下面垫放一小木块的目的是___________。 (2)若已获得的打点纸带如图乙所示,A为运动的起点,各计数点间距分别记为lAB、lBC、lCD和lDE,用天平测得A、B两车的质量分别为mA、mB,则需验证的表达式为___________ 。 
答案:(1)平衡摩擦力　(2)mA·lBC=(mA+mB)·lDE
解析:(1)长木板右端下面垫放一小木块,目的是平衡摩擦力,使小车拖着纸带在木板上能做匀速运动。(2)从题图中可以看出,B到C的时间等于D到E的时间,所以mA·lBC=(mA+mB)·lDE。
易错警示利用轨道完成水平碰撞中的动量守恒定律时,若利用气垫导轨,因其和滑块之间有气垫,摩擦力几乎为零,所以不需要平衡摩擦力,只要把轨道调整水平即可;若利用长木板和两小车相碰进行验证,要注意平衡摩擦力。
学以致用1.下图为验证动量守恒定律的实验装置,气垫导轨置于水平桌面上,G1和G2为两个光电门,A、B均为弹性滑块,质量分别为mA、mB,且mA大于mB,两遮光片沿运动方向的宽度均为d,实验过程如下:
①调节气垫导轨成水平状态;②轻推滑块A,测得A通过光电门G1的遮光时间为t1;③A与B相碰后,B和A先后经过光电门G2的遮光时间分别为t2和t3。
回答下列问题。(1)实验中选择mA大于mB的目的是　　　　　　　　　。 (2)利用所测物理量的符号表示动量守恒定律成立的式子为　　　　　　　　　　。 
答案:(1)保证碰撞中滑块A不反弹
热点2 数据处理与误差分析
典例剖析【例2】 某同学用图甲所示装置通过大小相同的A、B两小球的碰撞来验证动量守恒定律。图中PQ是斜槽,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球放在水平槽末端,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。
(1)安装器材时要注意,固定在桌边上的斜槽末端的切线要沿　　　　方向。 (2)小球A的质量m1与小球B的质量m2应满足的关系是m1　　　　(选填“>”“　(3)4∶1
解析:(1)斜槽末端的切线要沿水平方向,才能保证两个小球离开斜槽后做平抛运动。(2)为防止碰撞后入射球反弹,入射球的质量应大于被碰球的质量,即m1>m2。(3)根据实验原理可得m1v0=m1v1+m2v2由题图乙可知lOM=15.5 cm、lOH=25.5 cm、lON=40.0 cm,又因下落时间相同,即可求得m1lOH=m1lOM+m2lON代入数据可得m1∶m2=4∶1。
特别提醒利用平抛运动规律验证动量守恒定律必须满足以下条件。 1.轨道末端的切线必须是水平的。 2.入射球每次必须从同一高度滚下。 3.入射球的质量必须大于被碰球的质量。 4.入射球和被碰球的大小必须一致,以保证它们在水平轨道上对心碰撞。
学以致用2.在验证动量守恒定律的实验中,某同学利用气垫导轨,结合光电门来研究碰撞前后的不变量。如图所示,滑块上面的遮光片宽度为2.00 cm,滑块1的质量为120 g,滑块2的质量为220 g。他先让滑块2静止放置在两个光电门之间,滑块1向右碰撞滑块2,碰撞后滑块1反弹,滑块2向右通过光电门,其中光电门1显示的两个时间先后分别为t1=0.034 s和t1'=0.144 s,光电门2显示的时间t2=0.050 s,则碰撞后的滑块1和滑块2总动量的大小为　　　　　kg· m/s(结果保留两位有效数字)。 
解析:碰撞后两滑块的速度分别为
取向右为正方向,碰撞后系统总动量为p'=m1v1'+m2v2'=0.120×(-0.139) kg·m/s+0.220×0.400 kg·m/s=0.071 kg· m/s。
热点3 实验探究拓展
典例剖析【例3】 某同学设计了一个验证动量守恒定律的实验装置,如图甲所示。先把白纸和复写纸附在墙上,然后把桌子紧贴墙壁,在水平桌面上放置一个斜面,每次让钢球a从斜面上同一位置滚下,滚过桌边后钢球a与墙碰撞,在纸上留下痕迹(设为O点)。再把桌子搬到离开墙一定距离处,使钢球a仍从原位置由静止滚下,从桌面滚下的钢球a能打在墙上,记录钢球a的落点。重复上述操作10次,得到落点痕迹(设为P点)。再把钢球b放在桌子的边沿,让钢球a仍从原位置由静止滚下,和钢球b
碰撞后,a、b两球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹,重复操作10次,钢球a的落点痕迹为N点,钢球b的落点痕迹为M点,如图乙所示。
(1)对本实验,下列说法正确的是(　　)A.实验过程中实验桌、斜面和记录用的白纸位置若发生移动不会影响实验结果B.入射球每次从斜面同一位置无初速度释放C.桌面必须光滑且水平D.入射球与被碰球满足ma>mb,ra=rb(2)本实验需要验证的关系是　　　　(用题中字母表示)。 
解析:(1)实验过程中实验桌、斜面和记录用的白纸位置若发生移动,则对位移的测定均产生影响,从而影响速度,选项A错误。入射球每次从斜面同一位置无初速度释放,才能保证碰撞时的速度不变,选项B正确。桌面不需要光滑,但一定是水平的,保证钢球做平抛运动,选项C错误。入射球的质量大于被碰球的质量,ma>mb,且要发生对心正碰,ra=rb,选项D正确。(2)钢球从斜面的末端飞出后做平抛运动,由平抛规律得
【实验创新】实验创新的角度
学以致用3.“探究碰撞中的不变量”的实验装置如图甲所示。已知打点计时器的电源周期为0.02 s。
(1)下列说法正确的是(　　)A.本实验中应尽可能减小摩擦B.实验时先推动小车A,再接通打点计时器电源(2)若获得的纸带如图乙所示,从a点开始,每5个点取一个计数点,其中a、b、c、d、e都为计数点,并测得相邻计数点间距分别为lab=20.3 cm、lbc=36.2 cm、lcd=25.1 cm、lde=20.5 cm,已测得小车A(含橡皮泥)的质量mA=0.4 kg,小车B(含撞针)的质量mB=0.3 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。(结果均保留三位有效数字) 
答案:(1)A　(2)1.45　1.44
解析:(1)本实验中要尽可能减小摩擦,这样可减小实验误差,选项A正确。实验时应先接通打点计时器电源,再推动小车A,选项B错误。
1.(多选)若用打点计时器做验证动量守恒定律的实验,下列操作正确的是(　　)A.相互作用的两车上,一个装上撞针,一个装上橡皮泥,是为了改变两车的质量B.相互作用的两车上,一个装上撞针,一个装上橡皮泥,是为了碰撞后两车粘在一起C.先接通打点计时器的电源,再释放拖动纸带的小车D.先释放拖动纸带的小车,再接通打点计时器的电源答案:BC
解析:相互作用的两车上,一个装上撞针,一个装上橡皮泥,是为了碰撞后两车能粘在一起共同运动,选项A错误,B正确;应当先接通打点计时器的电源,再释放拖动纸带的小车,否则因运动距离较短,小车释放以后再打开电源不容易得到实验数据,选项C正确,D错误。
2.验证动量守恒定律的实验装置如图所示,回答下列问题。
(1)每次小球下滑要从　　　　　(选填“相同位置”或“不同位置”)处由静止释放。 (2)实验装置中应保持斜槽末端　　　　　。 (3)入射小球的质量mA和被碰小球的质量mB的大小关系是　　　　　　。 (4)在图中,若已测得mA、mB、lOP、lOM、lON,小球半径均为r,因此只需验证　　　　　　　　　　便可达到实验目的。 
答案:(1)相同位置(2)切线水平(3)mA>mB(4)mAlOP=mAlOM+mB(lON-2r)