新教材高中物理第一章动量守恒定律4实验:验证动量守恒定律课件新人教版选择性必修第一册.pptx
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1、4实验:验证动量守恒定律第一章动量守恒定律学习目标学习目标学法指导学法指导1掌握掌握动动量守恒定律的适用范量守恒定律的适用范围围2会用会用实验验证动实验验证动量守恒定律量守恒定律1明确明确实验实验的目的和原理的目的和原理2清楚清楚实验实验条件,按条件,按实验实验原理完成原理完成实验实验操作操作3正确正确记录记录并并处处理理实验实验数据得出数据得出实实验结论验结论知识导图知识导图预习导学|新知领悟一、实验目的一、实验目的(1)明确探究碰撞中的不变量的基本思路明确探究碰撞中的不变量的基本思路(2)探究一维碰撞中的不变量探究一维碰撞中的不变量二、实验原理二、实验原理1理想化的碰撞理想化的碰撞一维碰撞
2、一维碰撞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2追寻不变量追寻不变量在在一一维维碰碰撞撞的的情情况况下下,与与物物体体运运动动有有关关的的物物理理量量只只有有物物体体的的质质量量和和物物体体的的速速度度,设设两两个个物物体体的的质质量量分分别别为为m1、m2,碰碰撞撞前前的的速速度度分分别别为为v1、v2,碰碰撞撞后后的的速速度度分分别别为为v1、v2.如如果果速速度度与与规规定定的的正正方方向向一一致致,则则速速度取正值,否则取负值度取正值,否则取负值依依据据猜猜想想与与假假设设,通通过过实实验验探探究究寻寻找找碰碰撞撞前前后
3、后的的不不变变量量,可可能能是是下下列的哪些关系?列的哪些关系?探探究究以以上上各各关关系系式式是是否否成成立立,关关键键是是准准确确测测量量碰碰撞撞前前后后的的速速度度v1、v2、v1、v2.因因此此,利利用用气气垫垫导导轨轨和和与与之之配配套套的的光光电电计计时时装装置置,可可保保证证两两物体碰撞是一维碰撞,并可比较准确地测量出碰撞前后的速度物体碰撞是一维碰撞,并可比较准确地测量出碰撞前后的速度3实验方案设计实验方案设计方案方案1:用气垫导轨完成两个滑块的一维碰撞:用气垫导轨完成两个滑块的一维碰撞实验装置如图所示:实验装置如图所示:(4)碰撞实验方法:碰撞实验方法:用用细细线线将将弹弹簧簧
4、压压缩缩,放放置置于于两两个个滑滑块块之之间间,并并使使它它们们静静止止,然然后后烧断细线,弹簧弹开,两个滑块随即向相反方向运动烧断细线,弹簧弹开,两个滑块随即向相反方向运动(图甲图甲)在在两两滑滑块块相相碰碰的的端端面面上上装装上上弹弹性性碰碰撞撞架架(图图乙乙),可可以以得得到到能能量量损损失很小的碰撞失很小的碰撞在在两两个个滑滑块块的的碰碰撞撞端端分分别别装装上上撞撞针针和和橡橡皮皮泥泥,碰碰撞撞时时撞撞针针插插入入橡橡皮皮泥泥中中,把把两两个个滑滑块块连连成成一一体体运运动动(图图丙丙),这这样样可可以以得得到到能能量量损损失失很很大大的碰撞的碰撞方案方案2:利用等长悬线悬挂等大小的小
5、球实现一维碰撞:利用等长悬线悬挂等大小的小球实现一维碰撞实验装置如图所示:实验装置如图所示:(1)质量的测量:用天平测量质量质量的测量:用天平测量质量(2)速速度度的的测测量量:可可以以测测量量小小球球被被拉拉起起的的角角度度,根根据据机机械械能能守守恒恒定定律律算算出出小小球球碰碰撞撞前前对对应应的的速速度度;测测量量碰碰撞撞后后两两小小球球分分别别摆摆起起的的对对应应角角度度,根据机械能守恒定律算出碰撞后对应的两小球的速度根据机械能守恒定律算出碰撞后对应的两小球的速度(3)不不同同碰碰撞撞情情况况的的实实现现:用用贴贴胶胶布布的的方方法法增增大大两两小小球球碰碰撞撞时时的的能能量量损失损失
6、方方案案3:利利用用小小车车在在光光滑滑长长木木板板上上碰碰撞撞另另一一辆辆静静止止的的小小车车实实现现一一维维碰撞碰撞实验装置如图所示:实验装置如图所示:(1)质量的测量:用天平测量质量质量的测量:用天平测量质量三三、实验器材、实验器材方方案案1:气气垫垫导导轨轨、光光电电计计时时器器、天天平平、滑滑块块(两两个个)、弹弹簧簧、细细线线、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等方方案案2:带带细细线线的的摆摆球球(两两个个)、铁铁架架台台、天天平平、量量角角器器、坐坐标标纸纸、胶胶布等布等方方案案3:光光滑滑长长木木板板、打打点点计计时时器器、纸纸带带、小小车车(两两
7、辆辆)、天天平平、撞撞针针、橡皮泥等橡皮泥等四、实验步骤四、实验步骤不不论论采采用用哪哪种种方方案案,实实验验过过程程均均可可按按实实验验方方案案合合理理安安排排,参参考考步步骤骤如下:如下:(1)用天平测量相关碰撞物体的质量用天平测量相关碰撞物体的质量m1、m2(2)安装实验装置安装实验装置(3)使物体发生一维碰撞使物体发生一维碰撞(4)测量或读出碰撞前后相关的物理量,计算对应的速度测量或读出碰撞前后相关的物理量,计算对应的速度(5)改变碰撞条件,重复步骤改变碰撞条件,重复步骤(3)、(4)(6)进行数据处理,通过分析比较,找出碰撞中的进行数据处理,通过分析比较,找出碰撞中的“不变量不变量”
8、7整理器材,结束实验整理器材,结束实验五、数据处理五、数据处理将将实实验验中中测测得得的的物物理理量量填填入入下下表表,填填表表时时需需注注意意物物体体碰碰撞撞后后运运动动的的速度与原来的方向相反的情况速度与原来的方向相反的情况.比比较较碰撞碰撞前前碰撞后碰撞后质质量量m/kgm1m2m1m2速度速度v/(ms1)v1v2v1v2六六、误差分析、误差分析1系统误差:系统误差:主要来源于装置本身是否符合要求,即:主要来源于装置本身是否符合要求,即:(1)碰撞是否为一维碰撞碰撞是否为一维碰撞(2)实实验验中中是是否否合合理理设设置置实实验验条条件件,如如气气垫垫导导轨轨是是否否水水平平,两两球球是
9、是否否等大,长木板实验是否平衡摩擦力等大,长木板实验是否平衡摩擦力2偶然误差:偶然误差:主要来源于对质量主要来源于对质量m和速度和速度v的测量的测量七、注意事项七、注意事项1前提条件:前提条件:碰撞的两物体应保证碰撞的两物体应保证“水平水平”和和“正碰正碰”2方案提醒:方案提醒:(1)若若利利用用气气垫垫导导轨轨进进行行实实验验,调调整整气气垫垫导导轨轨时时,注注意意利利用用水水平平仪仪确确保导轨水平保导轨水平(2)若若利利用用摆摆球球进进行行实实验验,两两小小球球静静止止时时球球心心应应在在同同一一水水平平线线上上,且且刚好接触,摆线竖直,将小球拉起后,两条摆线应在同一竖直平面内刚好接触,摆
10、线竖直,将小球拉起后,两条摆线应在同一竖直平面内(3)若若利利用用长长木木板板进进行行实实验验,可可在在长长木木板板的的一一端端下下垫垫一一小小木木片片用用以以平平衡摩擦力衡摩擦力3探究结论:探究结论:寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不改变寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不改变多维课堂|素养初培实验原理与操作原理与操作精精练练1某某同同学学利利用用气气垫垫导导轨轨做做“探探究究碰碰撞撞中中的的不不变变量量”的的实实验验,气气垫垫导导轨轨装装置置如如图图所所示示,所所用用的的气气垫垫导导轨轨装装置置由由导导轨轨、滑滑块块、弹弹射射架架、光电门等组成光电门等组成(1)下面是实验的主要步骤:下面
11、是实验的主要步骤:安装好气垫导轨,调节气垫导轨的调节旋钮,使导轨水平;安装好气垫导轨,调节气垫导轨的调节旋钮,使导轨水平;向气垫导轨通入压缩空气;向气垫导轨通入压缩空气;接通光电计时器;接通光电计时器;把滑块把滑块2静止放在气垫导轨的中间;静止放在气垫导轨的中间;滑块滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳;挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳;释释放放滑滑块块1,滑滑块块1通通过过光光电电门门1后后与与左左侧侧有有固固定定弹弹簧簧的的滑滑块块2碰碰撞撞,碰后滑块碰后滑块1和滑块和滑块2依次通过光电门依次通过光电门2,两滑块通过光电门后依次被制动,两滑块通过光电门后依次被制动;读读出出滑滑块块通通过过两两个
12、个光光电电门门的的挡挡光光时时间间分分别别为为:滑滑块块1通通过过光光电电门门1的的挡挡光光时时间间t110.01ms,滑滑块块1通通过过光光电电门门2的的挡挡光光时时间间t249.99ms,滑块,滑块2通过光电门通过光电门2的挡光时间的挡光时间t38.35ms;测测出出挡挡光光片片的的宽宽度度d5mm,测测得得滑滑块块1(包包括括撞撞针针)的的质质量量为为m1300g,滑块,滑块2(包括弹簧包括弹簧)质量为质量为m2200g.(2)数据处理与实验结论:数据处理与实验结论:实验中气垫导轨的作用是:实验中气垫导轨的作用是:a._,b._.碰碰撞撞前前滑滑块块1的的速速度度v1为为_m/s;碰碰撞
13、撞后后滑滑块块1的的速速度度v2为为_m/s;滑块;滑块2的速度的速度v3为为_m/s.(结果保留两位有效数字结果保留两位有效数字)在在误误差差允允许许的的范范围围内内,通通过过本本实实验验,同同学学们们可可以以探探究究出出哪哪些些物物理理量是不变的?通过对实验数据的分析说明理由量是不变的?通过对实验数据的分析说明理由(至少回答至少回答2个不变量个不变量)a_;b_.【答答案案】(2)a.大大大大减减小小了了因因滑滑块块和和导导轨轨之之间间的的摩摩擦擦而而引引起起的的误误差差b保证两个滑块的碰撞是一维的保证两个滑块的碰撞是一维的0.500.100.60a.系系统统碰碰撞撞前前、后后质质量量与与
14、速速度度的的乘乘积积之之和和不不变变b碰碰撞撞前前后后总总动能动能不变不变变变式式1(2021届届辽宁宁六六校校联考考)如如图图为为验验证证动动量量守守恒恒定定律律的的实实验验装装置置,实验中选取两个半径相同、质量不等的小球,按下面步骤进行实验:实验中选取两个半径相同、质量不等的小球,按下面步骤进行实验:用用天天平平测测出出两两个个小小球球的的质质量量分分别别为为m1和和m2;安安装装实实验验装装置置,将将斜斜槽槽AB固固定定在在桌桌边边,使使槽槽的的末末端端切切线线水水平平,再再将将一一斜斜面面BC连连接接在在斜斜槽末端;槽末端;先先不不放放小小球球m2,让让小小球球m1从从斜斜槽槽顶顶端端
15、A处处由由静静止止释释放放,标标记记小小球球在斜面上的落点位置在斜面上的落点位置P;将将小小球球m2放放在在斜斜槽槽末末端端B处处,仍仍让让小小球球m1从从斜斜槽槽顶顶端端A处处由由静静止止释放,两球发生碰撞,分别标记小球释放,两球发生碰撞,分别标记小球m1、m2在斜面上的落点位置;在斜面上的落点位置;用用毫毫米米刻刻度度尺尺测测出出各各落落点点位位置置到到斜斜槽槽末末端端B的的距距离离,图图中中M、P、N点点是是实实验验过过程程中中记记下下的的小小球球在在斜斜面面上上的的三三个个落落点点位位置置,从从M、P、N到到B点的距离分别为点的距离分别为sM、sP、sN.依据上述实验步骤,请回答下面问
16、题:依据上述实验步骤,请回答下面问题:(1)两小球的质量两小球的质量m1、m2应满足应满足m1_m2(填填“”“m2(2)由由于于m1m2,两两球球碰碰撞撞后后,m2的的速速度度比比m1自自由由滚下下时的的速速度度还要要大,大,m1的速度减小,因此的速度减小,因此m1落到落到M点,而点,而m2落到落到N点点(3)设斜面斜面倾角角为,物体落到斜面上距离抛出点,物体落到斜面上距离抛出点s时,根据平抛运,根据平抛运动实验数据数据处理理精精练练2某某同同学学设设计计了了一一个个用用打打点点计计时时器器“探探究究碰碰撞撞中中的的不不变变量量”的的实实验验,在在小小车车A的的前前端端粘粘有有橡橡皮皮泥泥,
17、设设法法使使小小车车A做做匀匀速速直直线线运运动动,然然后后与与原原来来静静止止的的小小车车B相相碰碰并并黏黏在在一一起起继继续续做做匀匀速速运运动动,如如图图所所示示在在小车小车A的后面连着纸带,电磁打点计时器的频率为的后面连着纸带,电磁打点计时器的频率为50Hz.(1)若若已已得得到到打打点点纸纸带带如如图图所所示示,并并测测得得各各计计数数点点间间的的距距离离则则应应选选图图中中_段段来来计计算算A碰碰前前的的速速度度,应应选选_段段来来计计算算A和和B碰碰后后的速度的速度(2)已已测测得得小小车车A的的质质量量mA0.40kg,小小车车B的的质质量量mB0.20kg,则则由由以以上上结
18、结果果可可得得碰碰前前mAvAmBvB_kgm/s,碰碰后后mAvAmBvB_kgm/s.(3)从从实实验验数数据据的的处处理理结结果果来来看看,A、B碰碰撞撞的的过过程程中中,可可能能哪哪个个物物理理量是不变的量是不变的?【答案】【答案】(1)BCDE(2)0.4200.417(3)mv【解解析析】(1)因因为小小车A与与B碰碰撞撞前前、后后都都做做匀匀速速运运动,且且碰碰后后A与与B黏黏在在一一起起,其其共共同同速速度度比比A原原来来的的速速度度小小所所以以,应选点点迹迹分分布布均均匀匀且且点点距距较大大的的BC段段计算算A碰碰前前的的速速度度,选点点迹迹分分布布均均匀匀且且点点距距较小小
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