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(共31张PPT)
1.4 实验：验证动量守恒定律
气垫导轨上滑块碰撞
斜槽末端小球碰撞
小车碰撞
知识回顾：
动量守恒定律
内容：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：
成立条件:
(1)系统不受外力或者所受外力的矢量和为0
(2)系统内物体之间的内力远大于外力
(3)系统所受合外力不为零，但在某一方向上合外力为0，则在系统这一方向上动量守恒
实验的基本思路
1.寻找一个碰撞过程：
（1） 该碰撞过程需满足动量守恒定律的条件。（可以忽略外力）
（2） 为了实验简单，选择一维碰撞。
2.物理量的测量：测量质量和速度
3.数据分析：验证动量守恒定律
实验的基本思路
1.寻找一个碰撞过程：
（1） 该碰撞过程需满足动量守恒定律的条件。（可以忽略外力）
（2） 为了实验简单，选择一维碰撞。
2.物理量的测量：测量质量和速度
3.数据分析：验证动量守恒定律
方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
1. 实验器材：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块（两个）、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等。
2.实验设计：
①气垫导轨:满足外力为零的条件，且为一维碰撞；
②光电门:测速度，天平测质量
（1）选取两个质量滑块，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。（弹性碰撞）
3. 几种探究方式：
m1
m2
v1
碰撞前 碰撞后
质量 m1 m2 m1 m2
0.25 0.25 0.25
0.25
速度 v1 v2 v1’ v2’
0.44 0.00 0.00
0.44
mv m1v1+m2v2 m1v1’+m2v2’
0.11 0.11
（1）两滑块碰撞后弹开
若两滑块质量相等，一个运动滑块撞击静止滑块，两者交换速度，总动量不变。
4.实验结论:
m1
m2
v1
（mAv+mB·0=mA·0+mBv）
（2）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。（非弹性碰撞）
m1
m2
v1
（2）两滑块碰撞后连成一体
4.实验结论:
2
碰撞前 碰撞后
质量 m1 m2 m1 m2
0.45 0.25 0.45
0.25
速度 v1 v2 v1’ v2’
0.32 0.00 0.20
0.20
mv m1v1+m2v2 m1v1’+m2v2’
0.14 0.14
m1
m2
v1
一个运动滑块撞击静止滑块，撞后两者粘在一起，总动量不变。
mAv=(mA+mB)v共
（3）原来连在一起的两个物体，由于相互之间具有排斥的力而分开，这也可视为一种碰撞。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。
4.实验结论:
2
碰撞前 碰撞后
质量 m1 m2 m1 m2
0.25 0.25 0.25
0.25
速度 v1 v2 v1’ v2’
0.58 -0.38 -0.15
0.38
mv m1v1+m2v2 m1v1’+m2v2’
0.05 0.05
（3）两个静止滑块被弹簧片弹开，一个向左，一个向右，总动量依然为零。
（0=mAv-mBv）
（3）两个滑块由静止向相反方向运动。
5.思考:
1.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？
在实验前规定正方向，若物体运动方向于规定正方向相反，则记录为负值。
2.以上各种情况中，碰撞前后物体的动能之和有什么变化？设法检验你的猜想。
测量2个滑块的质量，碰撞前的速度和碰撞后的速度，通过计算，可比较出碰撞前后物体的动能之和的变化。
实验的第一种情况：动能之和不变；
实验的第二种情况：动能之和减小
实验的第三种情况：动能之和增大
练一练：
例1.（2023秋·高三课时练习）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接通光电计时器；
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；
练一练：
（1）下面是实验的主要步骤：
⑦读出滑块通过两个光电门的挡光时间分别为：
滑块1通过光电门1的挡光时间，
通过光电门2的挡光时间，
滑块2通过光电门2的挡光时间；
⑧测出挡光片的宽度，
测得滑块1的质量为，
滑块2(包括弹簧)的质量为。
练一练：
（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的速度为 m/s；碰撞后滑块1的速度为 m/s；滑块2的速度为 m/s。(结果均保留2位有效数字)
③碰撞之前，两物体的总动量为 kg·m/s。
碰撞之后，两物体的总动量为 kg·m/s。
由此可知两物体碰撞前后系统的总动量 。
练一练：
方案二：用平抛演示仪装置验证动量守恒定律
1. 实验器材：斜槽轨道、半径相等的钢球和玻璃球、天平（附砝码）、毫米刻度尺、复写纸、白纸、圆规、小铅锤。
注意：m1 > m2，以免碰撞后小球反弹。
2. 实验原理：
质量分别为m1和m2的两小球A、B发生正碰，碰撞前A的速度是v1，球B静止，碰撞后速度分别是v1′和v2′，根据动量守恒定律，
应有：m1v1＝m1v1′＋m2v2′。
如图，让球A从同一位置C释放，测出不发生碰撞时球A飞出的水平距离lOP，再测出碰撞后球A、B分别飞出的水平距离lOM、lON，
只要验证：m1lOP＝m1lOM＋m2lON，
即可验证动量守恒定律。
3. 实验步骤：
1.用天平测出两个小球的质量。
2.将斜槽固定在桌边并使其末端水平。在地板上铺白纸和复写纸，通过小铅锤将斜槽末端在纸上的投影记为点O。
3.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。
4.再将球B放在槽口末端，让球A从点C由静止释放，撞击球B，两球落到复写纸上，如此重复多次。
圆心即为小球平均落点
5.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。
6.改变点C位置，重复上述实验步骤。
4. 注意事项：
1.做实验时必须调整斜槽末端的切线沿水平方向
（判断斜槽末端水平的方法：将小球放到斜槽末端任一位置，均不滚动）。
2.同一次实验中，必须保证球A每次都从斜槽上同一点由静止释放。
3.实验时，必须保证球A的质量大于球B的质量。
（避免A球被弹回）
4.要保证对心碰撞，两球必须大小相等；
5.找P、M、N各点的平均位置时，用圆规画最小的圆将所有落点包含在内，则圆心的位置即为各点的平均位置。
5. 数据处理：
将实验所得数据代入m1lOP＝m1lOM＋m2lON进行计算验证，若在误差允许的范围内等式成立，则碰撞过程中动量守恒。
P
M
N
O
m1
m2
练一练：
例2.如图所示，斜槽末端水平，小球m1从斜槽某一高度由静止滚下，落到水平面上的P点。今在槽口末端放一与m1半径相同的球m2，仍让球m1从斜槽同一高度滚下，并与球m2正碰后使两球落地，球m1和m2的落地点分别是M、N。已知槽口末端在白纸上的投影位置为O点。则：
练一练：
(1)两小球质量的关系应满足____。
A．m1＝m2　 B．m1>m2　　C．m1(2)实验必须满足的条件____
A．轨道末端的切线必须是水平的
B．斜槽轨道必须光滑
C．入射球m1每次必须从同一高度滚下
D．入射球m1和被碰球m2的球心在碰撞瞬间必须在同一高度
练一练：
(3)实验中必须测量的是____。
A．两小球的质量m1和m2 B．两小球的半径r1和r2
C．桌面离地的高度H D．小球起始高度
E．从两球相碰到两球落地的时间 F．小球m1单独飞出的水平距离
G．两小球m1和m2相碰后飞出的水平距离
(4)若两小球质量之比为m1∶m2＝3∶2，两球落点情况如下图所示，则碰撞前后动量是否守恒？
方案三：用打点计时器验证动量守恒定律
例3：如图甲，长木板的一端垫有小木块，可以微调木板的倾斜程度，以平衡摩擦力，使小车能在木板上做匀速直线运动。小车A前端贴有橡皮泥，后端连一打点计时器纸带，接通打点计时器电源后，让小车A以某速度做匀速直线运动，与置于木板上静止的小车B相碰并粘在一起，继续做匀速直线运动。打点计时器电源频率为50 Hz，得到的纸带如图乙所示，已将各计数点之间的距离标在图上。
（1）图中的数据有AB、BC、CD、DE四段，计算小车A碰撞前的速度大小应选哪段？计算两车碰撞后的速度大小应选哪段？为什么？
（2）若小车A的质量为0.4 kg，小车B的质量为0.2 kg，根据纸带数据，碰前两小车的总动量是多少？碰后两小车的总动量是多少？
感谢倾听

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