资源简介

(共26张PPT)
《高中物理实验》
验证动量守恒定律
目录
01
02
03
04
实验仪器及步骤
数据分析及处理
误差分析及讨论
实验目的及原理
05
实验的典型例题
目录
CONTENTS
PART 01
实验目的及原理
实验目的
明确验证动量守恒定律的基本思路。
会结合已掌握的知识探究碰撞过程中的不变量
掌握两个物体碰撞前后的速度的测量方法
掌握实验数据的处理方法
实验原理
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。
表达式：
实验思路：两个物体在发生碰撞时，作用时间很短。根据动量定理，它们的相互作用力很大。如果把这两个物体看作一个系统，那么，虽然物体还受到重力、支持力、摩擦力、空气阻力等外力的作用，但是有些力的矢量和为0，有些力与系统内两物体的相互作用力相比很小。因此，在可以忽略这些外力的情况下，碰撞满足动量守恒定律的条件。
实验原理
实验方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
本实验中，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。
实验原理
实验方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
研究一：弹性碰撞。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
研究二：完全非弹性碰撞。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
实验原理
实验方案二：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
研究情形：一般碰撞或近似的弹性碰撞
实验原理：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。
PART 02
实验仪器及步骤
实验仪器
滑块（带遮光片，2个）、游标卡尺、气垫导轨、光电门、天平、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等。
实验方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
实验方案二：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
小球（2个)、斜槽、天平、重垂线、复写纸、白纸、刻度尺等
实验步骤
1.如图所示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。
实验方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
2.测得A和B两滑块上遮光片的宽度均为d
3.测得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
实验步骤
研究一：弹性碰撞
实验方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
5.在两个滑块（质量接近）相互碰撞的端面装上弹性碰撞架。
6.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。
7.观察发现滑块A、B碰撞后弹开向相反方向运动，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’。
8.将数据填入设计好的表格，计算验证碰撞前后动量是否守恒。
实验步骤
研究二：完全非弹性碰撞
实验方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
9.在两个滑块（B的质量大于A的质量）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。
10.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。
11.观察发现滑块A、B碰撞后通过粘合在一起运动，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。
12.将数据填入设计好的表格，计算验证碰撞前后动量是否守恒。
实验步骤
实验方案二：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
1.按照如图所示安装实验装置，保证槽的末端水平
2.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。
3.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。
实验步骤
实验方案二：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
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
5.设计表格，记录测量数据分析计算。
6.若两球碰撞时的动量守恒，应满足的关系式：
注意事项
实验方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
调整气垫导轨时,注意利用水平仪确保导轨保持水平．
实验前将气垫导轨进行更好的维护，提高平滑度，减少对滑块运动的影响
注意事项
入射球的质量必须大于出射球的质量，两球的半径应相等．
安装仪器时，应使斜面末端保持水平，并使两球的球心等高，且发生正面碰撞．
入射球每次从同一位置滚下．
找小球落地点时，一定要重复多次，找出小球落地点的平均位置，其方法是用尽可能小的圆将落点圈在圆内，其圆心就是落点的平均位置．
实验方案二：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
PART 03
数据分析及处理
数据处理及分析
碰撞前 碰撞后 质量 mA mB mA mB
时间 Δt1 Δt2 Δt1’ Δt2’
速度 vA vB vA vB
mv
【数据记录】研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
研究一：弹性碰撞 挡板d=________；
数据处理及分析
碰撞前 碰撞后 质量 mA mB mA mB
时间 Δt1 Δt2 Δt 速度 vA vB v mv 【数据记录】研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
研究二：完全非弹性碰撞 挡板d=________；
数据处理及分析
【数据记录】研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
【实验结论】：若在实验误差范围内，_________＝___________，即可验证动量守恒
纸带黏贴处
【数据处理】：
PART 04
误差分析及讨论
问题讨论及误差分析
误差分析：本实验中产生的误差的主要因素有哪些？
实验方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
气垫导轨无法调到完全水平，使实验存在误差。 导轨存在一定的摩擦力，影响实验数据。 滑块质量测量不够精确。 光电门测量的是平均速度，代替瞬时速度，不够精确。 计算时取有效数字造成误差。
实验方案二：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
系统误差主要来源于装置本身是否符合要求，即碰撞是否为一维碰撞。实验是否满足动量守恒条件。如斜槽末端切线方向是否水平。
偶然误差主要来源于质量和速度的测量。
减小偶然误差的做法：实验过程保证碰撞为一维碰撞，且尽量满足动量守恒的条件；采取多次测量求平均值的方法减少偶然误差
PART 05
实验的典型例题
【例题1】某实验小组用如图所示的实验装置来验证动量守恒定律，光电门1、2与数字计时器相连并固定在气垫导轨上，两个滑块A、B(包含挡光片)质量分别为m1、m2。
(1)在调节装置时，启动充气机，经过调整
后，将滑块A轻放在气垫导轨上任何位置都
能_______，则气垫导轨已调至水平。
(2)本实验_______(“需要”或“不需要”)
测量遮光条的宽度。
(3)两滑块A、B从光电门1、2的外侧匀速相向运动，在两光电门中间发生碰撞，运动到气垫导轨一端时立刻被锁定。实验中光电门1记录挡光时间为Δt1，光电门2记录三次挡光时间依次为Δt2、Δt3、Δt4。已知两滑块上的遮光片宽度相同，若滑块A和B在碰撞的过程中动量守恒，则应该满足的表达式为_________________(用已知物理量和测量的物理量的字母表示)。
实验的典型例题
静止
不需要
【例题2】某同学用如图甲所示装置通过质量分别为mA，mB半径相同的
A、B两球的碰撞来验证动量守恒定律。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球放在水平槽上靠近槽末端的地方，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，得到了如图乙所示的三个落地点。
(1)找出各落地点的平均位置，并在如图中读出OP=__________________。
(2)已知mA>mB，碰撞过程中动量守恒，则由图可以判断出R是________球的落地点，P是________球的落地点。
(3)用题中的字母写出动量守恒定律的表达式______________________。
实验的典型例题
13.0cm(12.8cm 13.2cm)
B
A
mA OQ=mA OP+mB OR

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