广西专版新教材高中物理第1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

特别提醒
利用平抛运动规律验证动量守恒定律必须满足以下条件。
1.轨道末端的切线必须是水平的。
2.入射球每次必须从同一高度滚下。
3.入射球的质量必须大于被碰球的质量。
4.入射球和被碰球的大小必须一致,以保证它们在水平轨道上
对心碰撞。
学以致用
在验证动量守恒定律的实验中,某同学利用气垫导轨,结合
光电门来研究碰撞前后的不变量。如图所示,滑块上面的遮
位:cm),H、M、N分别是入射小球在碰前、碰后和被碰小球
在碰后落点的平均位置(把落点圈在内的最小圆的圆心)。若
本次实验的数据很好地验证了动量守恒定律,则入射小球和
被碰小球的质量之比m1∶m2=
。
答案:(1)水平 (2)> (3)4∶1
解析:(1)斜槽末端的切线要沿水平方向,才能保证两个小球离
开斜槽后做平抛运动。
光片宽度为2.00 cm,滑块1的质量为120 g,滑块2的质量为220
g。他先让滑块2静止放置在两个光电门之间,滑块1向右碰撞
滑块2,碰撞后滑块1反弹,滑块2向右通过光电门,其中光电门1
显示的两个时间先后分别为t1=0.034 s和t1'=0.144 s,光电门2
显示的时间t2=0.050 s,则碰撞后的滑块1和滑块2总动量的大
面上,G1和G2为两个光电门,A、B均为弹性滑块,质量分别为
mA、mB,且mA大于mB,两遮光片沿运动方向的宽度均为d,实
验过程如下:
①调节气垫导轨成水平状态;
②轻推滑块A,测得A通过光电门G1的遮光时间为t1;
③A与B相碰后,B和A先后经过光电门G2的遮光时间分别为
t2和t3。
回答下列问题。
(1)实验中选择mA大于mB的目的是
4
实验:验证动量守恒定律
实验探究•方案梳理
实验热点•探究突破
随 堂 训 练
实验探究•方案梳理
实验目的
1.明确验证动量守恒定律的实验思路。
2.掌握同一条直线上运动的两个物体碰撞前后的速度的测
量方法。
3.掌握实验操作步骤和所需的实验仪器的性能。
4.知道实验注意事项,会进行误差分析,并在实验中尽量减小
D.先释放拖动纸带的小车,再接通打点计时器的电源
答案:BC
解析:相互作用的两车上,一个装上撞针,一个装上橡皮泥,是
为了碰撞后两车能粘在一起共同运动,选项A错误,B正确;应
当先接通打点计时器的电源,再释放拖动纸带的小车,否则因
运动距离较短,小车释放以后再打开电源不容易得到实验数
据,选项C正确,D错误。
2.验证动量守恒定律的实验装置如图所示,回答下列问题。
(1)每次小球下滑要从
(选填“相同
位置”或“不同位置”)处由静止释放。
(2)实验装置中应保持斜槽末端
。
(3)入射小球的质量mA和被碰小球的质量mB的大小关系
是
。
(4)在图中,若已测得mA、mB、lOP、lOM、lON,小球半径均为r,
因此只需验证
。
(2)利用所测物理量的符号表示动量守恒定律成立的式子
为
。
答案:(1)保证碰撞中滑块A不反弹



(2)mA =mA +mB




解析:(2)碰撞前的总动量为 p1=mAv1=mA ,



碰撞后的总动量为 p2=mAv1'+mBv2=mA +mB ,





则动量守恒的表达式为 mA =mA +mB 。
的质量,即mA>mB。
(4)小球离开轨道后做平抛运动,由于小球抛出点的高度相等,
小球的运动时间t相等,如果碰撞过程动量守恒,则
mAvA=mAvA'+mBvB',两边同时乘以时间t得
mAvAt=mAvA't+mBvB't,则mAlOP=mAlOM+mB(lON-2r)。
速度大小和方向)。
4.验证:一维碰撞中的动量守恒。
数据处理
验证的表达式:m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'。
方案2 研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
实验器材
斜槽、铁架台、小球(两个)、天平、复写纸、白纸、铅垂
线等。
实验步骤
1.测质量:用天平测出两小球的质量,并选定质量大的小球为
入射小球。
数据处理
验证的表达式:m1·lOP=m1·lOM+m2·lON。
误差分析
1.系统误差:主要来源于装置本身是否符合要求。
(1)碰撞是否为一维碰撞。
(2)实验是否满足动量守恒的条件,如气垫导轨是否水平,两
球是否等大,用长木板实验时是否平衡掉摩擦力。
2.偶然误差:主要来源于质量m和速度v的测量。
注意事项
便可达到实验目的。
答案:(1)相同位置
(2)切பைடு நூலகம்水平
(3)mA>mB
(4)mAlOP=mAlOM+mB(lON-2r)
解析:(1)为了让小球每次到达斜槽末端时的速度相同,应让小
球每次从同一高度由静止释放。
(2)为了保证小球的初速度水平,所以必须保持斜槽末端切线
水平。
(3)为防止碰撞过程入射球反弹,入射球的质量应大于被碰球
(2)为防止碰撞后入射球反弹,入射球的质量应大于被碰球的
质量,即m1>m2。
(3)根据实验原理可得m1v0=m1v1+m2v2
由题图乙可知lOM=15.5 cm、lOH=25.5 cm、lON=40.0 cm,
又因下落时间相同,即可求得
m1lOH=m1lOM+m2lON
代入数据可得m1∶m2=4∶1。
mA·lBC=(mA+mB)·lDE。
易错警示
利用轨道完成水平碰撞中的动量守恒定律时,若利用气垫导
轨,因其和滑块之间有气垫,摩擦力几乎为零,所以不需要平衡
摩擦力,只要把轨道调整水平即可;若利用长木板和两小车相
碰进行验证,要注意平衡摩擦力。
学以致用
下图为验证动量守恒定律的实验装置,气垫导轨置于水平桌



热点2 数据处理与误差分析
典例剖析
某同学用图甲所示装置通过大小相同的A、B两小球的碰撞
来验证动量守恒定律。图中PQ是斜槽,实验时先使A球从斜
槽上某一固定位置G由静止开始滚下,落到位于水平地面的记
录纸上,留下痕迹,重复上述操作10次,得到10个落点痕迹。再
把B球放在水平槽末端,让A球仍从位置G由静止开始滚下,和
2.安装:按照图甲所示安装实验装置。调整固定斜槽使斜槽
底端水平。
3.铺纸:白纸在下,复写纸在上且在适当位置铺放好。记下铅
垂线所指的位置O。
4.放球找点:不放被撞小球,每次让入射小球从斜槽上某固定
高度处自由滚下,重复10次。用圆规画尽量小的圆把所有的
小球落点圈在里面,圆心P就是小球落点的平均位置。
5.碰撞找点:把被撞小球放在斜槽末端,每次让入射小球从斜
=0.071 kg·m/s。
随 堂 训 练
1.(多选)若用打点计时器做验证动量守恒定律的实验,下列操
作正确的是(
)
A.相互作用的两车上,一个装上撞针,一个装上橡皮泥,是为了
改变两车的质量
B.相互作用的两车上,一个装上撞针,一个装上橡皮泥,是为了
碰撞后两车粘在一起
C.先接通打点计时器的电源,再释放拖动纸带的小车
方案1 研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
实验器材
气垫导轨、数字计时器、天平、滑块(两个)、重物、轻质
弹簧、细线、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等。
实验步骤
1.测质量:用天平测出滑块质量。
2.安装:正确安装好气垫导轨。
3.实验:接通电源,利用配套的数字计时器测出两滑块各种情
况下碰撞前后的速度(①改变滑块的质量。②改变滑块的初
某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞中的不变量的实
验:在小车A的前端粘有橡皮泥,在小车A后连着纸带,推动小
车A使之做匀速运动,然后与原来静止在前方的小车B相碰并
粘合成一体,继续做匀速运动,他设计的具体装置如图甲所示。
(1)长木板右端下面垫放一小木块的目的是___________。
(2)若已获得的打点纸带如图乙所示,A为运动的起点,各计数
小为
kg·m/s(结果保留两位有效数字)。
答案:0.071
解析:碰撞后两滑块的速度分别为

v1'= '


v2'=

-
=
.×
.
m/s=0.139 m/s,方向向左
=
.×-
.
m/s=0.400 m/s,方向向右
取向右为正方向,碰撞后系统总动量为
p'=m1v1'+m2v2'=0.120×(-0.139) kg·m/s+0.220×0.400 kg·m/s
B球碰撞后,A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹,重
复这种操作10次。图中O点是水平槽末端R在记录纸上的垂
直投影点。
甲
乙
(1)安装器材时要注意,固定在桌边上的斜槽末端的切线要
沿
方向。
(2)小球A的质量m1与小球B的质量m2应满足的关系是
m1
(选填“>”“<”或“=”)m2。
(3)某次实验中,得出小球的落点情况如图乙所示(单
误差。
实验原理
在一维碰撞中,与物体运动有关的物理量只有物体的质量和
物体的速度,设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'。如果速度方向与
规定的正方向一致,则速度取正值,否则取负值。依据动量守
恒定律,则有公式m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'成立。
槽同一高度自由滚下,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和被撞小球
落点的平均位置N,如图所示。
6.验证:连接ON,测量线段OP、OM、ON的长度。将测量数
据填入表中。最后代入m1·lOP=m1·lOM+m2·lON,看在误差允许
的范围内是否成立。
7.结束:整理好实验器材放回原处。
点间距分别记为lAB、lBC、lCD和lDE,用天平测得A、B两车的
质量分别为mA、mB,则需验证的表达式为___________ 。
答案:(1)平衡摩擦力 (2)mA·lBC=(mA+mB)·lDE
解析:(1)长木板右端下面垫放一小木块,目的是平衡摩擦力,使
小车拖着纸带在木板上能做匀速运动。
(2)从题图中可以看出,B到C的时间等于D到E的时间,所以
1.前提条件:碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”。
2.方案提醒。
(1)若利用气垫导轨进行验证,调整气垫导轨时,应注意利用
水平仪确保导轨水平。
(2)若利用平抛运动规律进行验证,安装实验装置时,应注意
调整斜槽,使斜槽末端水平,且选质量较大的小球为入射小球。
实验热点•探究突破
热点1 实验原理与操作
典例剖析