高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册4 实验：验证动量守恒定律课文配套课件ppt

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1．明确验证动量守恒定律的基本思路。2．验证一维碰撞中的动量守恒。3．知道实验数据的处理方法。
必备知识·自主预习储备
类型一　实验原理与操作【典例1】　“验证碰撞中的动量守恒”实验装置如图所示，让质量为m1的小球A从斜槽上的某一位置自由滚下，与静止在支柱上大小相等、质量为m2的小球B发生碰撞。(球A运动到水平槽末端时刚好与B球发生碰撞)
探究重构·关键能力达成
(1)安装轨道时，要求轨道末端________。(2)两小球的质量应满足m1___________m2。(3)用游标卡尺测小球直径时的读数如图所示，则小球的直径d＝______ cm。
(4)实验中还应测量的物理量是________。A．两小球的质量m1和m2B．小球A的初始高度hC．轨道末端切线离地面的高度HD．两小球平抛运动的时间tE．球A单独滚下时的落地点P与O点的距离sOPF．碰后A、B两小球的落地点M、N与O点的距离sOM和sON
＋m2(sON－d )2
[解析]　(1)为了保证每次小球都做平抛运动，则需要轨道的末端切线水平。(2)验证碰撞中的动量守恒实验，为防止入射球反弹，入射球的质量应大于被碰球的质量，即m1>m2。(3)游标卡尺的游标尺是10分度的，其分度值为 0.1 mm，则读数为10 mm＋3×0.1 mm＝10.3 mm＝1.03 cm。
(4)小球离开轨道后做平抛运动，它们抛出点的高度相同，在空中的运动时间t相等，两球碰撞动量守恒，有m1v1＝m1v1′＋m2v2′，两边同时乘以时间t，则m1v1t＝m1v1′t＋m2v2′t，根据落点可化简为m1·sOP＝m1sOM＋m2( sON－d )，则实验还需要测出：两小球的质量m1和m2；球A单独滚下时的落地点P点到O点的距离sOP和碰后A、B两小球的落地点M、N与O点的距离sOM和sON，故选A、E、F。
类型二　数据处理与误差分析【典例2】　某同学用如图所示的装置来“验证动量守恒定律”，在气垫导轨右端固定一弹簧，滑块b的右端有粘性强的物质。图中滑块a和挡光片的总质量m1＝0.310 kg，滑块b的质量m2＝0.108 kg，实验步骤如下：①打开气泵，调节气垫导轨，轻推滑块，当滑块上的挡光片经过两个光电门的遮光时间________时，可认为气垫导轨水平；
②将滑块b置于两光电门之间，将滑块a置于光电门1的右端，然后推动滑块a水平压缩弹簧，撤去外力后，滑块a在弹簧弹力的作用下向左弹射出去，通过光电门1后继续向左滑动并与滑块b发生碰撞；③两滑块碰撞后粘合在一起向左运动，并通过光电门2；④实验中，分别记录下滑块a的挡光片通过光电门1的时间t1，两滑块一起运动时挡光片通过光电门2的时间t2。
类型三　创新实验设计【典例3】　如图所示，某同学利用光电门、斜面、弹簧、滑块和小球等装置设计了一个实验用来验证动量守恒定律。
主要操作步骤为：①将光电门固定在光滑水平桌面上；②用天平分别测出小滑块a(含挡光片)和小球b的质量ma、mb；③从桌面边缘搭建斜面，斜面顶端与桌面等高，在斜面上铺白纸，白纸上面放上复写纸；④在a和b间锁定一个压缩的轻弹簧，将系统静止放置在平台上；⑤解除锁定，a、b瞬间被弹开，记录a通过光电门时挡光片的遮光时间t；⑥记录b落在斜面上的点M，用刻度尺测出其到桌面边缘O的距离为s0。
已知挡光片宽度为d，重力加速度为g，请回答下列问题：(1)滑块a经过光电门时的瞬时速度v＝____(用题给字母表示)；(2)若测得斜面的倾角为θ，则小球b做平抛运动的初速度v0＝ (用题给字母表示)；(3)若a、b在解除锁定过程中动量守恒，需满足的关系式是_______ (用题给字母表示)。
1．现利用如图甲所示的装置验证动量守恒定律。在图甲中，小车A的前端粘有橡皮泥，后端连着纸带，启动打点计时器，给小车A一初速度，然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体，继续运动。实验测得小车A(含橡皮泥)的质量m1＝0.81 kg，小车B的质量m2＝0.84 kg，打点计时器所用交流电的频率f＝50.0 Hz。碰撞前后打出的纸带如图乙所示(单位：cm)。
应用迁移·随堂评估自测
(1)关于实验过程中的注意事项，下列说法正确的是________。A．长木板下垫着的薄木片用来平衡摩擦力B．小车A和小车B的车轮应该由同种材料制成C．应选用质量差不多大的两个小车(2)碰前两小车的总动量为________kg·m/s，碰后两小车的总动量为________kg·m/s。(结果保留三位有效数字)
2．利用“类牛顿摆”验证动量守恒定律。实验器材：两个半径相同的球1和球2，细线若干，坐标纸，刻度尺。实验步骤：(1)测量小球1、2的质量分别为m1、m2，将小球各用两细线悬挂于水平支架上，两小球位于同一水平面内，如图甲所示。
(2)将坐标纸竖直固定在水平支架上，使坐标纸与小球运动平面平行且尽量靠近。坐标纸每一小格均是边长为d的正方形。将小球1拉至某一位置A，由静止释放，垂直坐标纸方向用手机高速连拍。(3)分析连拍照片得出，球1从A点由静止释放，在最低点与球2发生水平方向的正碰，球1反弹后到达最高位置为B，球2向左摆动的最高位置为C，如图乙所示。已知重力加速度为g，碰前球1的动量大小为_____________，若满足关系式_________，则验证碰撞中动量守恒；(4)与用一根细线悬挂小球相比，本实验采用双线摆的优点是________________________________________________________。
使小球运动轨迹在同一竖直平面内
3．利用如图所示的装置做“验证动量守恒定律”的实验，质量为mA的钢球A用细线悬挂于O点，质量为mB的钢球B放在离地面高度为H的小支柱N上。O点到A球球心的距离为L。使悬线在A球释放前伸直，且线与竖直方向的夹角为α，A球释放后摆动到最低点时恰与B球正碰，碰撞后，A球把轻质指示针OC推移到与竖直方向夹角为β处，B球落到地面上，地面上铺一张盖有复写纸的白纸D。保持α角度不变，多次重复上述实验，白纸上记录了多个B球的落点，重力加速度为g。(悬线长远大于小球半径)
(1)图中x应是B球初始位置到_____________的水平距离。(2)为了验证动量守恒，应测得的物理量有_____________________。(3)用测得的物理量表示(vA为A球与B球刚要相碰前A球的速度，v′A为A球与B球刚相碰后A球的速度，v′B为A球与B球刚相碰后B球的速度)：mAvA＝___________________；mAv′A＝___________________；mBv′B＝ 。
mA、mB、α、β、H、L、x
4．某物理兴趣小组利用如图甲所示的装置进行实验。在足够大的水平平台上的A点放置一个光电门，水平平台上A点右侧摩擦很小可忽略不计，左侧为粗糙水平面，当地重力加速度大小为g，采用的实验步骤如下：
①在小滑块a上固定一个宽度为d的窄挡光片；②用天平分别称出小滑块a(含挡光片)和小球b的质量ma、mb；③a和b间用细线连接，中间夹一被压缩了的轻弹簧，静止放置在平台上；④细线烧断后，a、b瞬间被弹开，向相反方向运动；⑤记录滑块a通过光电门时挡光片的遮光时间t；
⑥滑块a最终停在C点(图中未画出)，用刻度尺测出A、C之间的距离sa；⑦小球b从平台边缘飞出后，落在水平地面的B点，用刻度尺测出平台距水平地面的高度h及平台边缘铅垂线与B点之间的水平距离sb；⑧改变弹簧压缩量，进行多次测量。