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(共14张PPT)
1.4 实验：验证动量守恒定律
第一章 动量守恒定律
教学目的
1.会结合已掌握的知识探究碰撞过程中的不变量
2.掌握两个物体碰撞前后的速度的测量方法
3.掌握实验的处理方法
学习任务
1.了解完全弹性碰撞和完全非弹性碰撞的特点
2.明确验证动量守恒定律的基本思路。
3.验证一维碰撞中的动量守恒。
4.知道实验数据的处理方法。
动量守恒定律
如果一个系统不受外力，或者所受外力的矢量和为0，这个系统的总动量保持不变。这就是动量守恒定律。
1、内容
2、表达式
如何用实验验证动量守恒定律
3、适用条件
(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)
实验思路
议一议：
1、验证动量守恒遇到什么困难？
2、实验中哪些物体组成了要研究的系统？
研究物体碰撞过程，作用时间很短，作用力很大。
系统虽然受到重力、支持力、摩擦力、空气阻力等外力作用，但有些力的矢量和为0，有些力与系统内两物体相互作用力相比很小，可近似认为碰撞过程满足动量守恒定律的条件
3、如何创造实验条件，使系统所受外力的矢量和近似为0？
4、需要测量哪些物理量？
两个相互碰撞的物体
利用气垫导轨尽量减小阻力，重力与支持力平衡，系统外力矢量和为0
物体质量用天平测量，速度用光电门无接触测量。
实验方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
利用气垫导轨来减小摩擦力，利用光电计时器测量滑块碰撞前后的速度。实验装置如图所示。可以通过在滑块上添加已知质量的物块来改变碰撞物体的质量。
议一议：①气垫导轨是否需要调成水平？如果需要，你能想出哪些办法？②如果物体碰撞后的速度方向与原来的方向相反，应该怎样记录？
实验方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
情形一：选取两个质量不同的滑块，在两个滑块相互碰撞的端面装上弹性碰撞架，滑块碰撞后随即分开
情形二：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，使两个滑块连成一体运动。如果在两个滑块的碰撞端分别贴上尼龙拉扣，碰撞时它们也会连成一体
情形三：在两个滑块间放置轻质弹簧，挤压两个滑块使弹簧压缩，并用一根细线将两个滑块固定。烧断细线，弹簧弹开后落下，两个滑块由静止向相反方向运动
实验步骤
①安装好气垫导轨和光电门，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平
②测得A和B两滑块上遮光片的宽度均为d
③得到A、B两滑块(包含遮光片)的质量m1、m2
④向气垫导轨通入压缩空气
⑤利用气垫导轨左右的弹射装置，使滑块A、B分别向右和向左运动，测出滑块A、B在碰撞前经过光电门过程中挡光时间分别为Δt1和Δt2
⑥观察发现滑块A、B碰撞后通过粘胶粘合在一起，运动方向与滑块B
碰撞前运动方向相同，此后滑块A再次经过光电门时挡光时间为Δt
若两球碰撞时的动量守恒，应满足的关系式：
实验步骤
①调节气垫导轨底座螺母，观察导轨上的气泡仪，使导轨成水平状态
②测量滑块的质量mC、mD，在滑块C、D间放入一个轻质弹簧，用一条橡皮筋捆绑住三者成一水平整体，静置于导轨中部
③将光电门尽量靠近滑块C、D两端；
④烧断捆绑的橡皮筋，使滑块C、D在弹簧作用下分离，分别通过光电门
A、B；
⑤由光电计时器记录滑块C第一次通过光电门A时挡光条持续挡光的时间
tC，以及滑块D第一次通过光电门B时挡光条持续挡光的时间tD
若两球碰撞时的动量守恒，应满足的关系式：
小试牛刀
某同学欲采用课本上介绍的气垫导轨和光电计时器等装置进行“验证动量守恒定律”的实验，如图所示，A、B两滑块做相向运动，已知安装在A、B两滑块上的窄片宽度均为d，在碰撞前滑块A、B经过光电门时，窄片挡光时间分别为Δt1和Δt2，碰撞后滑块A、B粘合在一起运动，运动方向与碰撞前滑块B运动方向相同，此后滑块A再次经过光电门时窄片挡光时间为Δt。
(1)滑块A、B碰撞前速度的大小分别为vA=_______，vB=________。
(2)为了验证碰撞中动量守恒，除了上述已知条件外，还必须要测量的物理量有______。
A. 滑块A包括窄片的总质量m1 B. 滑块B包括窄片的总质量m2
C. 碰撞后滑块B经过光电门时窄片挡光的时间ΔtB
D. 两个光电门之间的距离L
(3)为了验证碰撞中动量守恒定律，需要验证的关系是_______。(用题干中已知量字母和
(2)问中所选已知量的字母表示)。
实验方案二：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
将斜槽固定在铁架台上，使槽的末端水平。让一个质量较大的小球（入射小球）从斜槽上滚下，跟放在斜槽末端的另一个大小相同、质量较小的小球（被碰小球）发生正碰。
使入射小球从斜槽不同高度处滚下，测出两球的质量以及它们每次碰撞前后的速度，就可以验证动量守恒定律。
两球碰撞前后的速度，可以利用平抛运动的知识求出。
在这个实验中也可以不测量速度的具体数值。做平抛运动的小球落到地面，它们的下落高度相同，飞行时间也就相同。因此，小球碰撞后的速度之比就等于它们落地时飞行的水平距离之比。
如何测量碰撞前后的速度？
1、实验装置中的铅锤线起什么作用？
2、如何记录并测量小球飞出的水平距离？
实验步骤
①将斜槽固定在水平桌面上，使槽的末端水平；
②让质量为m1的入射球多次从斜槽上S位置静止释放，记录其平均落地点位置；
③把质量为m2的被碰球静置于槽的末端，再将入射球从斜槽上S位置静止释放，与被碰球相碰，并多次重复，记录两小球的平均落地点位置；
④记录小球抛出点在地面上的垂直投影点O，测出碰撞前后两小球的平均落地点的位置M、P、N与O的距离分别为x1、x2、x3。
若两球碰撞时的动量守恒，应满足的关系式：
小试牛刀
用半径相同的小球1和小球2的碰撞验证动量守恒定律，实
验装置如图所示，斜槽与水平槽圆滑连接。安装好实验装
置，在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸，记下重锤线
所指的位置O。实验步骤如下：
1：不放小球2，让小球1从斜槽上A点由静止滚下，并落在
地面上。重复多次，用尽可能小的圆，把小球的所有落点
圈在里面，其圆心就是小球落点的平均位置；
2：把小球2放在斜槽前端边缘位置B，让小球1从A点由静止
滚下，使它们碰撞。重复多次，并使用与步骤1同样的方法
分别标出碰撞后两小球落点的平均位置；
3：用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置M、P、N离O点的距离，即线段OM、OP、ON的长度。
(1)本实验除需测量线段OM、OP、ON的长度外，还需要测量的物理量有_____。
A.A、B两点间的高度差h1 B.B点离地面的高度h2
C.小球1和小球2的质量m1、m2 D.小球1和小球2的半径r
(2)验证两球碰撞过程中动量守恒的表达式为___________________(用所测物理量的字母表示)。
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