高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第一册第3节 科学验证:动量守恒定律教学ppt课件

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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
1.理解斜槽实验的速度测量原理。(科学思维)2.能够通过正确使用实验装置来获得数据,从而验证动量守恒定律。(科学探究)3.体会将不易测量的物理量转换为易测量的物理量的实验设计思想。(科学探究)
一、实验原理与设计质量分别为m1和m2的两小球A、B发生正碰,若碰撞前球A的速度为v1,球B静止,碰撞后的速度分别为v1'和v2',根据动量守恒定律,应有:m1v1=　　　　　　。 
m1v1'+m2v2'　
可采用“探究平抛运动的特点”实验中测量平抛初速度的方法,设计实验装置如图甲所示。让球A从　　　　　　　　释放,测出不发生碰撞时球A飞出的水平距离lOP,再测出球A、B碰撞后分别飞出的水平距离lOM、lON,如图乙所示。只要验证m1lOP=　　　　　　,即可验证动量守恒定律。 
m1lOM+m2lON
因小球从斜槽上滚下后做平抛运动,由平抛运动知识可知,只要小球下落的高度相同,在落地前运动的时间就相同,由于小球在水平方向做匀速直线运动,因此只要测出小球的质量及两球碰撞前后飞出的水平距离,代入公式就可验证动量守恒定律。
二、实验器材斜槽轨道、半径　　　　的钢球和玻璃球、白纸、复写纸、小铅锤、　　 　　、　　　 　、　　 　　。 三、实验步骤1.用　　　　测出两个小球的质量。 2.将斜槽固定在桌边并使其末端　　　　,即在水平槽上放置小球,小球能够保持静止,就说明槽的末端水平。 3.在地板上铺白纸和复写纸(复写纸在上,白纸在下),通过小铅锤将斜槽末端在纸上的　　　　记为点O。 4.首先让球A从斜槽点C由静止释放,落在复写纸上,如此重复多次。
5.再将球B放在槽口末端,让球A从　　　由静止释放,撞击球B,两球落到复写纸上,如此重复多次。 6.取下白纸,用圆规找出落点的平均位置点P、点M和点N,用刻度尺测出lOP、lOM和lON。用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面,圆心就是平均落点。7.改变点C位置,重复上述实验步骤。
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
五、注意事项1.入射小球质量m1应大于被碰小球质量m2,否则入射小球会被反弹,滚回斜槽后再返回抛出点过程中克服摩擦力做功,飞出时的速度大小小于碰撞刚结束时的速度大小,会产生较大的误差;2.斜槽末端的切线必须水平;3.入射小球每次都必须从斜槽上同一位置由静止滚下;4.地面应水平,白纸铺好后,实验过程中不能移动,否则会造成很大的误差。
六、误差分析实验所研究的过程是两个不同质量的小球发生水平正碰,因此“水平”和“正碰”是操作中应尽量予以满足的前提条件。实验中两小球的球心高度不在同一水平面上,给实验带来误差。每次静止释放入射小球的释放点越高,两小球相碰时内力越大,动量守恒的误差越小。应进行多次碰撞,落点取平均位置来确定,以减小偶然误差。
易错辨析判一判1.利用斜槽验证动量守恒时,斜槽末端不需要调整到水平。(　　)2.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。(　　)3.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。(　　)
只有斜槽末端水平,才能保证小球碰前或碰后做平抛运动,进而用水平距离替代速度。
为保证入射小球碰后不反弹,其质量必须大于被碰小球的质量。
即学即用练一练在利用斜槽轨道验证碰撞中的动量守恒时,用到的测量工具有(　　)A.停表、天平、刻度尺B.弹簧测力计、停表、天平C.天平、刻度尺、圆规D.停表、刻度尺、光电计时器
解析 用天平测小球质量,用刻度尺测小球水平位移,用圆规确定平均落点,由平抛运动知识可知,只要小球下落的高度相同,在落地前运动的时间就相同,因此不需要停表。故选C。A
探究一　实验原理与操作
例题1　(2023安徽宿松中学高二开学考试)某同学用如图所示装置做“验证动量守恒定律”实验。图中O是斜槽水平末端在记录纸上的垂直投影点,P为未放被碰小球时入射小球的平均落点,M为与被碰小球碰后入射小球的平均落点,N为被碰小球的平均落点。
(1)关于实验要点,下列说法错误的是　　　　(填选项字母)。 A.安装轨道时,轨道末端必须水平B.实验过程中,复写纸可以移动,白纸不能移动C.入射小球的质量小于被碰小球的质量,两球的半径相同D.同一组实验中,入射小球必须从同一位置由静止释放(2)实验中,除测量平抛射程OM、ON、OP外,还需要测量的物理量有　　　　(填选项字母)。 A.测量入射小球质量m1和被碰小球质量m2B.测量抛出点距地面的高度HC.测量S离水平轨道的高度h
(3)图乙是被碰小球的多次落点痕迹,由此可确定其落点的平均位置对应的读数为　　 　;若测量的物理量满足关系式　　　　　 　　(用测量的物理量表示),则入射小球和被碰小球碰撞前后的总动量不变。 
55.50 cm(55.40~55.60 cm均可)
m1·OP=m1·OM+m2·ON
解析 (1)为使小球离开轨道做平抛运动,所以轨道末端必须水平,故A正确;在实验过程中,小球的落点通过白纸和复写纸获得,若移动白纸将不能确定小球的位置,但复写纸可以移动,故B正确;为防止入射小球碰后反弹,则入射小球的质量大于被碰小球的质量,C错误;同一组实验中,入射小球必须从同一位置由静止释放,以保证到达轨道末端时的速度相同,D正确。(2)需要测量两个小球的质量m1、m2,A正确;不需要测量抛出点距地面的高度H,B错误;不需要测量S离水平轨道的高度h,C错误。(3)落点的平均位置所对应的读数为55.50 cm;若满足m1v0=m1v1+m2v2,综合可得m1·OP=m1·OM+m2·ON。
探究二　数据处理与误差分析
例题2　某同学设计了一个用打点计时器做“探究碰撞中的守恒量”的实验:在小车A的前端粘有橡皮泥,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相碰并黏合成一体,继续做匀速运动。
他设计的具体装置如图甲所示,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用以平衡摩擦力。
(1)若已测得打点纸带如图乙所示,并测得各计数点间距(已标在图上)。A为运动的起点,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。(以上两空选填“AB”“BC”“CD”“DE”) (2)已测得小车A的质量mA=0.40 kg,小车B的质量mB=0.20 kg,由以上测量结果可得:碰前mAv0=　　　　　 kg·m/s;碰后(mA+mB)v共=　 　　 kg·m/s。(3)从(2)中数据得到的结论是  　。 
在实验误差范围内,系统碰撞前后的总动量守恒
解析 (1)从纸带上打点情况看,BC段既表示小车做匀速运动,又表示小车有较大速度,因此BC段能较准确地描述小车A在碰撞前的运动情况,应选用BC段计算A的碰前速度;CD段相邻点的间距减小,表示小车的运动情况还没稳定,而在DE段内小车运动稳定,故应选用DE段计算A和B碰后的共同速度。
(3)从(2)中可知碰撞前mAv0=0.420 kg·m/s,碰撞后(mA+mB)v共=0.417 kg·m/s,二者近似相等,因此,在实验误差范围内,系统碰撞前后的总动量守恒。
规律方法　验证动量守恒定律实验的难点是物体相互作用前后速率的测量,常见的方法如下:1.物体相互作用前后做平抛运动,利用水平射程替代速率;2.物体相互作用前后做匀速运动,利用打点计时器获得数据;3.物体相互作用前后做圆周运动,根据机械能守恒求得速率;4.利用光电门获得速率。
1.若利用气垫导轨和光电门做验证两带挡光片的滑块碰撞中动量守恒的实验,不需要测量的物理量是(　　)A.滑块的质量B.挡光时间C.挡光片的宽度D.滑块移动的距离
解析 根据实验原理可知,滑块的质量、挡光时间、挡光片的宽度都是需要测量的物理量,其中滑块的质量用天平测量,挡光时间用光电计时器测量,挡光片的宽度可事先用刻度尺测量。只有移动的距离不需要测量,故选项D符合题意。
2.如图所示为验证碰撞中的动量守恒的实验装置示意图。(1)若入射小球质量为m1,半径为r1;被碰小球质量为m2,半径为r2,则　　　　。 A.m1>m2,r1>r2B.m1