高中物理4 实验：验证动量守恒定律精品课件ppt

这是一份高中物理4 实验：验证动量守恒定律精品课件ppt，共46页。PPT课件主要包含了实验思路，第一部分，物理量的测量，第二部分，2利用光电门测速，数据分析，第三部分，方案设计，第四部分，可供选择的实验器材等内容，欢迎下载使用。

1.系统动量守恒的条件是什么？
(1)系统不受外力；(理想条件)
(2)系统受到外力，但外力的合力为零；(实际条件)
(3)系统所受外力合力不为零，但系统内力远大于外力，外力相对来说可以忽略不计，因而系统动量近似守恒；(近似条件）
(4)系统总的来看虽不符合以上三条中的任何一条，但在某一方向上符合以上三条中的某一条，则系统在这一方向上动量守恒.(单向条件)
2.系统满足动量守恒定律的公式是什么？
上一节课我们分别通过动量定理和牛顿运动定律两个不同的角度，理论上证明了动量守恒定律，那么我们如何通过实验来加以验证呢？
问题：生活中什么样的过程可以尽可能的满足动量守恒的条件？
碰撞过程——尽管生活中碰撞的物体所受合外力不能为零，但在这一过程中往往内力远大于外力，我们可以近似认为碰撞满足动量守恒定律的条件。
1.根据动量守恒定律的表达式：m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'，实验中我们需要测量哪些物理量？
（1）测量物体的质量：m1和m2
（2）测量物体碰撞前后的速度：v1、v2、v1'、v2'
2.如何测两个物体的质量？
物体质量可用天平直接测量
3.如何测量物体碰撞前后的速度？根据你所学以往知识能说出几种？
（1）利用打点计时器测速
（3）利用机械能守恒定律测速
（4）利用平抛运动测速
利用碰撞进行验证动量守恒定律时，在数据分析上会存在哪些困难，我们如何设计实验才能方便数据分析？
动量是矢量，在计算两物体碰撞前后动量之和时可能设计用到平行四边形法则，这在计算上难度大，为了减少数据分析困难，我们可以利用碰撞前后物体都在同一直线上运动（一维碰撞问题）。
你是否可以从以上器材中选择其中的一些，设计除符合要求的实验方案来？
方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
（1）如何调整使系统合外力为0？（2）实验得到什么样的结果说明系统动量守恒？
(1)用天平测量两滑块的质量m1、m2，填入预先设计好的表格中。(2)安装光电门，使两个光电门之间的距离约为50cm。(3)导轨通气后，调节气垫导轨水平，使滑块在气垫导轨上保持不动或匀速直线运动。(4)使两滑块依次发生上图三种碰撞情况，计算滑块碰撞前后的速度。(5)改变滑块质量，重复步骤(4)。(6)整理实验仪器，数据处理，寻找守恒量。
mA＞mB , 运动滑块A撞击静止滑块B。
两静止滑块被弹簧弹开，一个向左，一个向右
mAv1=mA·v2+mBv3
mAv=(mA+mB)v共
0=mAvA-mBvB
运动滑块A撞击静止滑块B，撞后两者粘在一起。
在实验误差允许范围内，碰撞前后两个小车的动量守恒。
（1）保证是一维碰撞。
（2）气垫导轨是一种精度较高的现代化教学仪器。切忌振动、重压，严防碰伤和划伤，绝对禁止在不通气的情况下将滑行器在轨面上滑磨。调整水平时注意利用水平仪。
（3）由于碰撞的情形很多，猜想的不变量只有在各种方案中都不变才能符合要求，成为实验结论。
（4）考虑到速度的矢量性，记录数据时应规定正方向。若速度方向与规定的正方向相同，则速度取正值，若速度方向与规定方向相反，则取负值。
方案二：用平抛演示仪装置验证动量守恒定律
（1）该实验动量守恒的条件是什么？（2）实验得到什么样的结果说明系统动量守恒？
(1)先用天平称量出两个小球的质量m1、m2。(2)安装好实验装置，注意使实验器的斜槽末端点的切线水平。(3)在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸。(4)在白纸上记下重垂线所指的位置 O，它表示入射小球 m1碰撞前球心的竖直投影点。(5)先不放被碰小球，让入射小球从斜槽上同一位置处静止滚下，重复 10 次，用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面，圆心就是入射小球不碰撞时的落地点。（6）把被碰小球放在斜槽轨道末端，让入射小球从同一位置静止滚下，使它们发生正碰，重复 10 次，同理求出入射小球落点的平均位置 M 和被碰小球落点的平均位置N。
用刻度尺测出线段 OM、OP、ON 的长度，把两小球的质量和相应的水平位移数值代入m1OP＝m1OM＋m2ON，看等式是否成立。
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。
m1OP=m1OM+m2ON
（1）斜槽末端要切线要水平；
（2）每次小球下滑要从同一位置处由静止释放；
（3）要保证对心碰撞，两球必须大小相等；
（4）小球的诸多落点要用用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落点都圈在里面，该小圆的圆心即为小球的平均落点 ；
（5） 入射小球的质量mA和被碰小球的质量mB的大小关系是mA > mB 。
方案三：单摆测速验证动量守恒
(1)先用天平称量出两个小球的质量m1、m2。(2)安装好实验装置，注意使两球球心在同一水平线上。(3)现将A球拉开让细绳与竖直方向夹角为θ，然后将细绳由静止释放，然后让其与B球相撞，然后记下AB组合达到最高点时细绳与竖直方向的夹角β。(4)记录对应的θ和β。
方案四：用打点计时器验证动量守恒
（1）如何调节使该实验装置动量守恒？（2）实验得到什么样的结果说明系统动量守恒？
(1)先用天平称量出两个小车的质量m1、m2。(2)安装好实验装置，注意使两小车重心在同一水平线上。(3)将固定带有打点计时器的一端垫高，将小车放在轨道上，轻轻推动小车，让小车在轨道上做匀速直线运动。(4)将纸带穿过打点计时器并固定在小车A的一端，让小车B静止的放置在木板上；（5）先接通电源，再释放纸带，接着与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体继续运动；（6)关闭电源，取下纸带，换上新纸带，重复步骤(4)(5)(6)，选出较理想的纸带如图乙所示；
方案四：用打点计时器验证动量守恒。
1.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。(1)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中间;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后与左侧带有固定弹簧(未画出)的滑块2碰撞,碰后滑块2和滑块1依次通过光电门2,两滑块通过光电门2后依次被制动;⑦读出滑块通过光电门的挡光时间,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测出挡光板的宽度d=5 mm,测得滑块1的质量为m1=300 g,滑块2(包括弹簧)的质量为m2=200 g。
(2)数据处理与实验结论: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;碰撞后滑块2的速度v3为　　　　 m/s。(结果均保留两位有效数字) ③系统碰撞之前m1v1=　　　　　 kg·m/s,系统碰撞之后m1v2+m2v3=　　　　 kg·m/s。 ④实验结论:　 。 答案:见解析
2.如图所示,用碰撞实验器可以验证动量守恒定律,即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。(1)实验中直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的,但可以通过仅测量　　　　(填选项前的字母)间接地解决这个问题。 A.小球开始释放高度hB.小球抛出点距地面的高度h'C.小球做平抛运动的射程
(2)图中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影。实验时,先让入射球m1多次从斜轨上S位置静止释放,找到其平均落地点的位置P,测量平抛射程lOP。然后,把被碰小球m2静置于轨道的水平部分,再将入射球m1从斜轨上S位置静止释放,与小球m2相碰,并多次重复。接下来要完成的必要步骤是　　　　。(填选项前的字母) A.用天平测量两个小球的质量m1、m2B.测量小球m1开始释放时的高度hC.测量抛出点距地面的高度h'D.分别找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、NE.测量平抛射程lOM、lON
(3)经测定,m1=45.0 g,m2=7.5 g,小球落地点的平均位置距O点的距离如图所示。碰撞前后m1的动量分别为p1与p1',则p1∶p1'=　　　　∶11;若碰撞结束时m2的动量为p2',则p1'∶p2'=11∶　　　　。实验结果说明,碰撞前后总动量的比值 =　　　　。 答案:(1)C　(2)ADE　(3)14　2.9　1.01
3.某同学设计了一个用打点计时器验证动量守恒定律的实验:在小车甲的前端粘有橡皮泥,推动小车甲使之做匀速直线运动,然后与原来静止在前方的小车乙相碰并粘合成一体,而后两车继续做匀速直线运动,他设计的具体装置如图所示。在小车甲后连着纸带,打点计时器打点频率为50 Hz,长木板一端下面垫着小木片用以平衡摩擦力。
(1)若已得到打点纸带如图所示,并将测得的各计数点间距离标在图上,A点是运动起始的第一点,则应选　　　段来计算甲的碰前速度,应选　　段来计算甲和乙碰后的共同速度(以上两空均选填“AB”“BC”“CD”或“DE”)。
(2)已测得小车甲的质量m甲=0.40 kg,小车乙的质量m乙=0.20 kg,由以上测量结果可得:碰前m甲v甲+m乙v乙=　　　 kg·m/s;碰后m甲v甲'+m乙v乙'=　　　 kg·m/s(结果保留3位有效数字)。 (3)由(2)可得出的结论是  　。 答案:(1)BC　DE　(2)0.420　0.417　(3)在误差允许范围内,碰撞前后两个小车的总动量是守恒的
解析:(1)观察打点计时器打出的纸带,点迹均匀的阶段BC应为小车甲与乙碰前的阶段,CD段点迹不均匀,故CD段应为碰撞阶段,甲、乙碰撞后一起做匀速直线运动,打出间距均匀的点,故应选DE段计算碰后共同的速度。
m甲v甲'+m乙v乙'=0.417 kg·m/s。(3)在误差允许范围内,碰撞前后两个小车的总动量是守恒的。