高中物理(新教材)選修1課件3：1 4 實驗：驗證動量守恒定律 人教版

第一章動量守恒定律4實驗：驗證動量守恒定律1.掌握同一條直線上運動的兩個物體碰撞前后的速度的測量方法；2.掌握實驗數(shù)據(jù)處理的方法,利用實驗數(shù)據(jù)驗證動量守恒定律。學習目標思考：研究了氣墊導軌上滑塊碰撞時的動量守恒，本節(jié)來設(shè)計驗證斜槽末端小球碰撞時的動量守恒，下面兩個裝置有什么不同點嗎？PMNOPMNO

O課堂探究1.實驗器材：斜槽、大小相等質(zhì)量不同的小球兩個、重垂線、白紙、復寫紙、天平、刻度尺、圓規(guī)、三角板。實驗探究：研究斜槽末端小球碰撞時的動量守恒2.實驗原理：用兩個大小相同，質(zhì)量不相等的小球的碰撞來研究動量。OPMNm1m2入射小球被碰小球入射小球發(fā)生碰撞前的落地點P。碰撞后入射小球落地點的平均位置M，被碰小球落地點的平均位置N。PMNO

OOPMNm1m2入射小球被碰小球入射小球和被碰小球開始平拋的位置相同PMNO

Om1m2入射小球被碰小球思考：下面兩個裝置入射小球和被碰小球開始平拋的位置相同嗎？入射小球開始平拋的位置O，被碰小球開始平拋的位置O

入射小球m1m2被碰小球PMNO

O要驗證的關(guān)系是因平拋的時間相同，則故應驗證的關(guān)系式為:m1

OP=m1

OM+m2

O

Nm1m2OPMN入射小球被碰小球要驗證的關(guān)系是因平拋的時間相同，則故應驗證的關(guān)系式為:m1

OP=m1

OM+m2

ON下面我們以上圖裝置來驗證動量守恒定律。3.實驗步驟：(1)先用天平測出入射小球、被碰小球質(zhì)量m1、m2(m1>m2)。(2)將斜槽固定在鐵架臺上，使槽的末端水平。讓一個質(zhì)量較大的小球m1、從斜槽上滾下，跟放在斜槽末端的另一個大小相同、質(zhì)量較小的小球m2發(fā)生正碰。(3)在地上鋪一張白紙，在白紙上鋪放復寫紙。3.實驗步驟：(1)先用天平測出入射小球、被碰小球質(zhì)量m1、m2(m1>m2)。(2)將斜槽固定在鐵架臺上，使槽的末端水平。讓一個質(zhì)量較大的小球m1、從斜槽上滾下，跟放在斜槽末端的另一個大小相同、質(zhì)量較小的小球m2發(fā)生正碰。(3)在地上鋪一張白紙，在白紙上鋪放復寫紙。(4)在白紙上記下重垂線所指的位置O，它表示入射小球和被碰小球開始平拋的位置。OPMNm1m2入射小球被碰小球(5)先不放被碰小球，讓入射小球從斜槽上同一高度處滾下，重復10次，用圓規(guī)畫盡可能小的圓把小球的所有落點圈在里面，圓心就是入射小球發(fā)生碰撞前的落地點P。(6)把被碰小球放在斜槽的末端，讓入射小球從同一高度滾下，使它們發(fā)生正碰，重復10次，從上一步驟求出入射小球落地點的平均位置M和被碰小球落地點的平均位置N。(7)連線：過O和N在紙上作一直線。(8)測長度：用刻度尺量出線段OM、OP、ON的長度。4.注意事項①斜槽末端的切線必須水平；②入射小球每次都必須從斜槽同一高度由靜止釋放；③選質(zhì)量較大的小球作為入射小球；以免碰撞后小球反彈;④實驗過程中實驗桌、斜槽、記錄的白紙的位置要始終保持不變;⑤要保證對心碰撞，兩球必須大小相等。5.數(shù)據(jù)處理本實驗運用轉(zhuǎn)換法，即將測量小球做平拋運動的初速度轉(zhuǎn)換成測平拋運動的水平位移；由于本實驗僅限于研究系統(tǒng)在碰撞前后動量的關(guān)系，所以各物理量的單位不必統(tǒng)一使用國際單位制的單位。碰撞前后質(zhì)量碰撞前水平距離碰撞后水平距離入射小球m1=45gOP=44.80cmOM=35.20cm被碰小球m2=7.5gON=55.60cm6.實驗記錄碰撞前后質(zhì)量碰撞前水平距離碰撞后水平距離入射小球m1=45gOP=44.80cmOM=35.20cm被碰小球m2=7.5gON=55.60cm6.實驗記錄分析：兩球碰撞前的動量之和：p＝m1OP＝45.0×44.80g·cm＝2016g·cm，碰撞后的總動量：p′＝m1OM＋m2ON＝(45.0×35.20＋7.5×55.60)g·cm＝2001g·cm。結(jié)論：在實驗誤差允許范圍內(nèi)，在斜槽末端兩小球組成的系統(tǒng)碰撞時動量守恒。7．誤差分析(1)系統(tǒng)誤差主要來源于裝置本身是否符合要求，即：①碰撞是否為一維碰撞。②實驗是否滿足動量守恒的條件。如斜槽末端切線方向是否水平，兩碰撞球是否等大。(2)偶然誤差：主要來源于質(zhì)量和速度的測量。例1.用下圖實驗裝置驗證《動量守恒定律》，a、b球的半徑為r，a球的質(zhì)量m1，b球的質(zhì)量m2，則下列說法正確的是（）A．小球滾動滑槽必須光滑B．a(chǎn)球的質(zhì)量m1應大于b球的質(zhì)量m2C．要驗證的表達式是m1OB=m1OA+m2OCD．要驗證的表達式是m1OB=m1OA+m2(OC﹣2r)aOBACbHBC典例精析例2.某同學設(shè)計如圖甲所示的裝置，通過半徑相同的A、B

兩球碰撞來探究碰撞過程中的不變量。(1)碰撞后B

球的水平射程是_____cm。65.0圖甲(2)(多選)在以下四個選項中，本次實驗必須進行的測量是()A.水平槽上未放B

球時，A

球落點位置到O

點的距離OPB.A

B

兩球碰撞后，各自落點位置到O

點的距離OM、ONC.A、B

兩球的質(zhì)量mA、mBD.水平槽面相對于O點的高度hABC(3)如果(2)中所測量的物理量滿足式子：

，則可驗證A、B兩球碰撞中的動量守恒。mA·OP＝mA·OM＋mB·ON實驗類問題應該尤其注意實驗原理的把握。本題中可以通過化簡將高度h和時間t消去，測量時會更加方便。備用工具&資料例2.某同學設(shè)計如圖甲所示的裝置，通過半徑相同的A、B

兩球碰撞來探究碰撞過程中的不變量。(1)碰撞后B

球的水平射程是_____cm。65.0圖甲7．誤差分析(1)系統(tǒng)誤差主要來源于裝置本身是否符合要求，即：①碰撞是否為一維碰撞。②實驗是否滿足動量守恒的條件。如斜槽末端切線方向是否水平，兩碰撞球是否等大。(2)偶然誤差：主要來源于質(zhì)量和速度的測量。思考：研究了氣墊導軌上滑塊碰撞時的動量守恒，本節(jié)來設(shè)計驗證斜槽末端小球碰撞時的動量守恒，下面兩個裝置有什么不同點嗎？PMNOPMNO

O課堂探究1.實驗器材：斜槽、大小相等質(zhì)量不同的小球兩個、重垂線、白紙、復寫紙、天平、刻度尺、圓規(guī)、三角板。實驗探究：研究斜槽末端小球碰撞時的動量守恒入射小球m1m2被碰小球PMNO

O要驗證的關(guān)系是因平拋的時間相同，則故應驗證的關(guān)系式為:m1

OP=m1

OM+m2

O

N3.