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第一章 动量守恒定律
1.4实验：验证动量守恒定律
人教版（2019）高中物理选择性必修第一册
学习目标
1
新课讲解
3
实验思路
2
经典例题
4
课堂练习
5
本课小结
6
目录
毛主席说：实践是检验真理的唯一标准。
同样，实验是检验定律的唯一标准
生活中常见的碰撞近似满足动量守恒的条件，故我们可以通过碰撞实验来验证动量守恒定律。
新课导入
学习目标
1.通过分析教材提供的实验方案,学习根据要求设计实验的方法
2.会正确使用气垫导轨、光电门获得实验数据
3.理解利用斜槽实验时速度测量原理
4.通过实验培养学生实事求是的科学态度、创新精神
思考
问题1：碰撞的过程遵守什么规律呢
问题２：什么是一维碰撞？
问题3：如何处理矢量的方向呢？
问题4：如何设计实验？实验成功的条件是什么，如何保证？
问题5：怎样测量物体的质量呢？
问题6：怎样测量物体的速度呢？
规定正方向
保证碰撞是一维
利用运动学知识，如匀速运动、平抛运动，借助于斜槽、气垫导轨、打点计时器和纸带等来达到实验目的和控制实验条件。
v1
m1
m2
问题：碰撞的过程遵守什么规律呢
演示１：
质量相同的钢球碰撞
质量相差较多的钢球碰撞
演示２：
结论：以上现象说明两球碰撞后，速度发生了变化，当两球的质量关系发生变化时，速度变化的情况也不同（碰撞过程中，速度的变化与质量的大小有关）。
一维碰撞
最简单的碰撞情况—— 两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿这条直线运动。这种碰撞叫做一维碰撞。如下图所示：
v1
m1
v2
m2
v1
m1
v2 = 0
m2
v1 = 0
m1
v2 = 0
m2
弹簧
v1
m1
v2
m2
在一维碰撞(碰撞前后物体都在同一直线上运动)的情况下,令两个物体的质量分别为m1、m2,碰撞前的速度分别为v1、v2,碰撞后的速度分别为v1'、v2',如果速度的方向与设定的坐标轴的正方向一致,取正值,反之则取负值。测出m1、m2,v1、v2,v1'、v2',若m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2',那么碰撞中动量守恒。
一、实验目的
验证碰撞中的动量守恒。
二、实验思路
三、实验方案
方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
气垫导轨
碰撞滑块
光电门
L
挡光条
导轨水平
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.实验原理
（1）质量的测量：天平称量出滑块质量m1，m2
（2）速度的测量：
利用公式 测出碰前m1的速度v1和碰后m1的速度v1 和m2的速度v2
Δx—遮光条宽度
Δt—遮光条经过光电门的时间
（3）利用加重物来改变滑块的质量
3.实验方法
(1)用细线将弹簧片压缩,放置于两个滑块之间,并使它们静止,然后烧断细线,弹簧片弹开后落下,两个滑块随即向相反方向运动(图甲)。
(2)在两滑块相碰的端面上装上弹性碰撞架(图乙),可以得到能量损失很小的碰撞。
(3)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,把两个滑块连成一体运动(图丙),这样可以得到能量损失很大的碰撞。
4、实验步骤
(1)用天平测出两滑块的质量,用毫米刻度尺测出滑块上挡光片的宽度。
(2)安装好气垫导轨,调节导轨下面的调节旋钮,直到水平仪中的气泡位于中央,此时导轨水平。
(3)接通气泵的电源,向气垫导轨通入压缩空气。
(4)按照实验方法(2),把滑块2放在气垫导轨的中间,使滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮筋后释放滑块1。
(5)记录滑块1通过光电门的时间t1,碰后滑块1和滑块2依次通过光电门的时间t1'、t2。
5、数据处理
比较项 碰撞前 碰撞后
质量 m1 m2 m1 m2

速度 v1 v2 v1' v2'

总动量
结论:碰撞前两滑块的动量之和等于碰撞后两滑块的动量之和。
【注意事项】(1)气垫导轨是一种精度较高的现代化仪器,切忌振动、重压,严防碰伤和划伤,禁止在不通气的情况下将滑块在轨面上滑动。
(2)调整气垫导轨时要利用水平仪确保导轨水平。
一个运动滑块撞击静止滑块。
（mAv+mB·0=mA·0+mBv）两者交换速度，
两个静止滑块被弹簧片弹开，一个向左，一个向右 0=mAv-mBv
运动滑块撞击静止滑块，撞后两者粘在一起。mAv=(mA+mB)v共
mA=mB
弹性碰撞
非弹性碰撞
弹性碰撞
弹性碰撞架
方案二：用平抛演示仪装置验证动量守恒定律
三、实验方案
斜槽（末端水平）
两个小球
复写纸
白纸
天平、刻度尺、重垂线
1.实验器材：斜槽、大小相等质量不同的小球两个、重垂线、白纸、复写纸、天平、刻度尺、圆规、三角板。
实验中物理量的测量
如图所示,质量较大的小球从斜槽上固定位置滚下来,跟放在斜槽末端的另一质量较小的球发生碰撞后都做平抛运动。由平抛运动知识可知,各小球落地的时间相等。这样如果用小球的飞行时间作时间单位,那么小球飞出的水平距离在数值上就等于它的水平速度。
因此,只要分别测出两小球的质量m1、m2和不放被碰小球时入射小球在空中飞出的水平距离OP,以及入射小球与被碰小球碰撞后分别在空中飞出的水平距离OM和ON,若在实验误差允许的范围内m1OP=m1OM+m2ON,就验证了小球组成的系统碰撞前后总动量守恒。
h
斜槽末端切向水平
为防止A球反弹， m1＞m2
落点确定：
P
M
N
O
m1
m2
圆心即为小球平均落点
测出碰撞前后各球落点到O间的距离xOP、xOM、xON，
各球空中运动时间均相同，设为Δ t，可得速度为
测出小球落点的水平距离可根据平抛运动的规律计算出小球的水平初速度。
本实验设计思想巧妙之处在于用长度测量代替速度测量。
2.实验原理
3.实验步骤
(1)用天平测出两个小球的质量,并选定质量大的小球为入射小球。
(2)按照图所示,安装实验装置。调整固定斜槽,应使斜槽末端水平,即在水平槽上放置小球,小球能够保持静止,说明槽口末端水平。
(3)在水平地面上适当位置铺放白纸,在白纸上铺放复写纸,记下铅垂线所指的位置O(斜槽末端)。
(4)不放被碰小球,让入射小球从斜槽上某固定高度滚下,重复10次。用尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面,圆心P就是小球落点的平均位置。
(5)把被碰小球放在斜槽末端,让入射小球从同一高度滚下,使它们发生碰撞,重复实验10次。用步骤(4)的方法,标出碰后入射小球落点的平均位置M和被碰小球的落点的平均位置N。如图所示。
(6)连接ON,测量线段OP、OM、ON的长度。将测量数据填入表中。
4、数据处理
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。
【注意事项】
(1)斜槽末端点的切线要水平。
(2)入射小球的质量大于被碰小球的质量。
(3)每次入射小球在斜槽上同一高度自由滚下。
(4)白纸铺好后不能移动。
实验 次数 入射小球的 质量m1/g 被碰小球的 质量m2/g OP (cm) OM (cm) ON (cm) 碰前 动量 碰后
动量
1
2
θ
β
碰后粘到一起

设摆绳长为L，测出摆角θ和β，机械能守恒可得速度为
A
B
A
B
保证两绳等长
方案三：利用单摆测速验证动量守恒
分析频闪照片中A、B滑块碰撞前后的位置情况，设频闪时间间隔为Δ t，可得速度为

方案四：利用频闪照片测速验证动量守恒
四、注意事项
1.实验之前需要将气垫导轨调节水平；
2.实验时应该确保发生的是一维碰撞；
3.测量挡光片的宽度时应尽量减小误差；
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 。
四、注意事项
典例分析
例1.用下图实验装置验证《动量守恒定律》，a、b球的半径为r，a球的质量m1，b球的质量m2，则下列说法正确的是（　 　）
A．小球滚动滑槽必须光滑
B．a球的质量m1应大于b球的质量m2
C．要验证的表达式是m1OB=m1OA+m2OC
D．要验证的表达式是m1OB=m1OA+m2(OC﹣2r)
a
O
B
A
C
b
H
BC
典例分析
例2.某同学设计如图甲所示的装置，通过半径相同的 A、B 两球碰撞来探究碰撞过程中的不变量。
(1)碰撞后 B 球的水平射程是_____cm。
65.0
图甲
典例分析
(2)(多选)在以下四个选项中，本次实验必须进行的测量是( )
A. 水平槽上未放 B 球时，A 球落点位置到 O 点的距离OP
B. A B 两球碰撞后，各自落点位置到 O 点的距离OM、ON
C. A、B 两球的质量mA、mB
D. 水平槽面相对于O点的高度h
ABC
(3)如果(2)中所测量的物理量满足式子： ，则可验证A、B两球碰撞中的动量守恒。
mA·OP＝mA·OM＋mB·ON
实验类问题应该尤其注意实验原理的把握。本题中可以通过化简将高度h和时间t消去，测量时会更加方便。
课堂练习
1.利用气垫导轨做验证碰撞中的动量守恒实验时,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正确。
D
课堂练习
2.气垫导轨工作时能够通过喷出的气体使滑块悬浮从而基本消除掉摩擦力的影响,因此成为重要的实验器材,气垫导轨和光电门、数字毫秒计配合使用能完成许多实验。现提供以下实验器材:
利用以上实验器材可以完成“验证动量守恒定律”的实验。为完成此实验,某同学将实验原理设定为:m1v0=(m1+m2)v。
(1)针对此原理,应选择的器材为　　　　(填写器材编号)。
(2)在所选的器材中,　　　　(填写器材编号)器材对应原理中的m1。
解析:(1)题给原理说明碰撞前只有一个滑块运动,碰撞后两滑块结合为一体,所以需要ABC。
(2)碰前运动的滑块需要测其速度,所以应选带遮光板的B作为m1。
答案:(1)ABC　(2)B
3.下图为气垫导轨上两个滑块A、B相互作用后运动过程的频闪照片,频闪的频率为10 Hz。开始两个滑块静止,它们之间有一根被压缩的轻弹簧,滑块用细绳连接,细绳烧断后,两个滑块向相反方向运动。已知滑块 A、B的质量分别为200 g、300 g,根据照片记录的信息,可知细绳烧断后,A滑块做　　　　　　　　运动,其速度大小为　　　m/s。本实验中得出的结论是　 　。
解析:由题图可知,细绳烧断后,A、B均做匀速直线运动,开始时:vA=0,vB=0,规定向右方向为正方向,则
A、B被弹开后,
vA'=-0.09 m/s,vB'=0.06 m/s
mAvA'=0.2×(-0.09) kg·m/s=-0.018 kg·m/s
mBvB'=0.3×0.06 kg·m/s=0.018 kg·m/s
由此可得0=mBvB'+mAvA'
结论是两滑块组成的系统在相互作用前后总动量相等。
答案:匀速直线　0.09　两滑块组成的系统在相互作用前后总动量相等
感谢观看
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