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(共47张PPT)
高中物理人教版（2019）选择性必修 第一册 教学课件
第一章 动量守恒定律
第四节
实验：验证动量守恒定律
01
新课导入
02
素养目标
03
新课讲解
04
当堂练习
05
课后小结
目录
| CONTENTS
PART-01
新课导入
New Lesson Presentation
新课导入
动量守恒定律的适用条件是系统不受外力，或者所受外力的矢量和为0。我们生活中的物体受到各种力的作用，难以满足这种理想化的条件。但是，在某些情况下，可以近似满足动量守恒的条件。
碰撞时间很短，内力远大于外力，满足动量守恒
PART-02
素养目标
Learning Objectives
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
素养目标
PART-03
新课讲解
New Lesson Introduction
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。这种碰撞叫作一维碰撞。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
新课讲解
一维碰撞中，若系统所受合外力为零，则系统动量守恒
m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'
天平
平抛运动知识、光电门、打点计时器
v1
m1
m2
使两球碰撞（极短时间），验证两球碰撞前后的动量之和是否相同
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
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
方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
新课讲解
新课讲解
2.物理量的测量
(1)质量的测量：用天平测量两滑块的质量m1、m2。
(2)速度的测量：v＝ ，式中的d为滑块上挡光片的宽度，Δt为数字计时器显示的滑块上的挡光片经过光电门的时间。
(3)碰撞情景的实现：利用弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥设计各种类型的碰撞，利用在滑块上加重物的方法改变碰撞物体的质量。
新课讲解
质量m
速度v
天平
电子秤
……
打点计时器
数字计时器
（光电门）
速度传感器
……
（实验原理）
其中d为挡光板的宽度
3.本实验研究以下几种情况
(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。
(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。
新课讲解
4.实验步骤
①在两个滑块的碰撞端分别安装撞针和橡皮泥，使两滑块碰撞后连成一个整体运动。
②左侧滑块1压缩左侧弹射架，放手后测出滑块1经过左侧光电门的速度，碰撞后滑块1、2一起向右运动，测出它们经过右侧光电门的速度。
在误差允许范围内符合，即可验证动量守恒定律。
③改变滑块1、2的质量，重复几次实验
v＝
情境一：滑块安装弹性碰撞架
情境二：滑块安装撞针和橡皮泥
情境三：滑块间安装压缩的弹簧片
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
若利用平抛运动知识验证需要什么器材？怎样设计实验？
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。
一维正碰
m入>m被碰
h=gt2，x=vt，得v=x可不求速度，测水平位移
方案二：用平抛演示仪装置验证动量守恒定律
新课讲解
实验原理与设计
让小球A、B正碰，碰撞前A速度v1，B静止，碰后速度分别是v1'和v2'。
根据动量守恒定律：m1v1＝m1v1'＋m2v2'
根据平抛运动知识：h=gt2，x=vt，得v=x，h相同时，v与x成正比。
只要验证m1lOP＝m1lOM＋m2lON，即可验证动量守恒定律。
(1)用天平测出两个小球的质量m1、m2
(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。
新课讲解
m1
O
P
(3)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。
圆心即为小球平均落点
实验步骤
新课讲解
m1
m2
M
N
O
P
(4)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。
实验步骤
P
M
N
新课讲解
(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。
数据分析、实验结论
在误差允许范围内m1lOP＝m1lOM＋m2lON成立，则碰撞过程中动量守恒。
实验结论：
可以不测速度的具体数值
将不易测量的物理量转换为易测量的物理量
(6)改变点C位置，重复上述实验步骤。
视频：验证动量守恒定律
新课讲解
偶然误差
系统误差
(1)小球质量的测量
(2)P、M、N各点的平均位置
(1)斜槽末端没有水平，小球离开斜槽后不做平抛运动
(2)A、B球碰撞时不是严格的一维正碰
系统误差
新课讲解
注意事项
斜槽末端切线必须水平
判断方法：
将小球放到斜槽末端任意位置，均不滚动
②
同一实验中，
必须保证球A每次都从斜槽上同一点由静止释放
④
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，圆心的位置为各点的平均位置
③
mA>mB
事项1
事项2
事项3
事项4
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
PART-04
当堂练习
当堂练习
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
D
当堂练习
答案：D
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。
当堂练习
如图甲，某同学利用气垫导轨做“验证动量守恒定律”实验。滑块A和滑块B的质量(包括遮光条)分别为m1和m2。实验中弹射装置每次给A的初速度均相同，B初始处于静止状态。
A的遮光条两次通过光电门1的挡光时间分别为Δt1、Δt3，B的遮光条通过光电门2的挡光时间为Δt2。
当堂练习
(1)打开气泵，先取走滑块B，待气流稳定后将滑块A从气垫导轨右侧弹出，测得光电门1的挡光时间小于光电门2的挡光时间，为使导轨水平，可调节左侧底座旋钮，使轨道左端_____(填“升高”或“降低”)一些。
降低
(2)用游标卡尺测量遮光条的宽度d如图乙所示，其读数为_____ mm；
14.8
当堂练习
答案：（1）降低；（2）14.8
解析：(1)打开气泵，先取走滑块B，待气流稳定后将滑块A从气垫导轨右侧弹出，根据v＝，测得光电门1的挡光时间小于光电门2的挡光时间，表明滑块运动相同的距离时，时间变大，速度变小，做减速运动，为使导轨水平，可调节左侧底座旋钮，使轨道左端降低一些。
(2)遮光条的宽度d＝14 mm＋0.1 mm×8＝14.8 mm。
(4)本实验的系统误差与下列哪些因素有关_____。
A.气垫导轨没有调成水平状态
B.遮光条宽度不够窄
C.测量滑块质量时未计入遮光条质量
AC
(3)经测量滑块A、B上的遮光条宽度相同，则验证动量守恒的表达式为？(用m1、m2、Δt1、Δt2、Δt3表示)；
答案：（3）；（4）A、C
解析：(3)根据动量守恒定律得m1·＝m2·－m1·，解得 。
(4)气垫导轨没有调成水平状态或者测量滑块质量时未计入遮光条质量都是由于实验原理不完善或者实验方法不合理造成的误差，属于系统误差，选项A、C正确；
由表达式可知，遮光条的宽度d从表达式两边消掉了，即遮光条宽度对实验不会造成误差，B错误。
用图示的装置来验证动量守恒定律。质量为mA的钢球A用细线悬挂于O点，质量为mB的钢球B放在离地面高度为H的小支柱N上，O点到A球球心的距离为L。使细线在A球释放前伸直且线与竖直线的夹角为α，A球释放后摆到最低点时恰与B球碰撞，碰撞后，A球把轻质指示针OC推到与竖直线的夹角为
β处，B球落到地面上，地面上铺有一张盖有复写纸的白纸D。保持α角不变，多次重复上述实验，白纸上记录了B球的多个落点。
(1)图中s应是B球初始位置到______________的水平距离。
B球平均落地点
从题图中可以看出，s应是B球初始位置到B球平均落地点的水平距离。
(2)为了验证两球碰撞过程中动量守恒，应测量的物理量有s和______________________。(用字母表示)
mA、mB、 α、β、H、L
还应测的物理量是A球的质量mA、B球的质量mB、A球开始的摆角α和向左摆动的最大摆角β、B球下落的高度H、O点到A球球心的距离L。
(3)用测得的物理量表示碰撞前后A、B两球的动量：
pA＝_________________，pA′＝________________；
pB＝0，pB′＝_________。(当地的重力加速度为g)
解析：根据机械能守恒定律可得
A球碰前的动量pA＝mAvA
根据机械能守恒定律可得
A球碰后的动量pA′＝mAvA′
B球做平抛运动，由平抛运动的规律可得
B球碰后的动量
pB′＝mBvB
PART-05
课堂小结
课堂小结
验证动量守恒定律
碰撞时间极短，内力 外力。m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'
原理
斜槽末端小球碰撞
气垫导轨、光电门
m1v1=（m1+m2）v
打点计时器
m1lOP＝m1lOM＋m2lON
THANKS!
感谢观看

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