高二物理教科版选修3-5第一课7实验探究动量守恒定律课件

图1－7－2
实验步骤 1．如图1－7－2所示调节气垫导轨，使其水平．是否水平可
按如下方法检查：打开气泵后，导轨上的滑块应该能保持 静止． 2．按说明书连接好数字计时器与光电门． 3．如图1－7－3所示，把中间夹有弯形弹簧片的两滑块置于 光电门中间保持静止，烧断拴弹簧片的细线，测出两滑块 的质量和速度，将实验结果记入设计好的表格中．
图1－7－3 4．如图1－7－4所示，在滑块上安装好弹性碰撞架．将两滑
块从左、右以适当的速度经过光电门后在两光电门中间发 生碰撞，碰撞后分别沿各自碰撞前相反的方向运动再次经 过光电门，光电计时器分别测出两滑块碰撞前后的速 度．测出它们的质量后，将实验结果记入相应表格中．
图1－7－4 5．如图1－7－5所示，在滑块上安装好撞针及橡皮泥，将装
图1－7－7 (1)下面是实验的主要步骤： ①安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水 平；
②向气垫导轨通入压缩空气； ③接通光电计时器； ④把滑块2静止放在气垫导轨的中间； ⑤滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳； ⑥释放滑块1，滑块1通过光电门1后与左侧固定弹簧的滑块2 碰撞，碰后滑块1和滑块2依次通过光电门2，两滑块通过光电 门后依次被制动； ⑦读出滑块通过两个光电门的挡光时间分别为滑块1通过光电 门1的挡光时间Δt1＝10.01 ms，通过光电门2的挡光时间Δt2＝ 49.99 ms，滑块2通过光电门2的挡光时间Δt3＝8.35 ms；
图1－7－6
实验测得滑块A的质量m1＝0.310 kg，滑块B的质量m2＝0.108 kg，遮光片的宽度d＝1.00 cm；打点计时器所用交流电的频 率f＝50.0 Hz. 将光电门固定在滑块B的右侧，启动打点计时器，给滑块A一 向右的初速度，使它与B相碰．碰后光电计时器显示的时间 为ΔtB＝3.500 ms，碰撞前后打出的纸带如图(b)所示．
碰撞前后总动量之差 若 实 验 允 许 的 相 对 误 差 绝 对 值 (| 碰前总动量 | × 100%)最大为 5%，本实验是否在误差范围内验证了动量守恒 定律？写出运算过程．
答案 见解析
解析 滑块运动的瞬时速度大小 v 为
v＝ΔΔst
①
式中Δs 为滑块在时间Δt 内走过的路程． 设纸带上打出相邻两点的时间间隔为 T，则
高中物理·选修3-5·教科版
7 实验：探究动量守恒定律
[目标定位] 1.明确探究物体碰撞中动量变化规律的基本思路. 2.掌握直线运动物体速度的测量方法．
猜想与假设 为了使问题简化，这里研究两个物体的碰撞，且碰撞前两 物体沿同一直线运动，碰撞后仍沿这一直线运动．
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′，如果速度与我们规定的 正方向相同取正值，相反取负值． 根据实验求出两物体碰前动量p＝m1v1＋m2v2，碰后动量 p′＝m1v1′＋m2v2′，看p与p′是否相等，从而验证动量守恒 定律．
⑧测出挡光片的宽度d＝5 mm，测得滑块1(包括撞针)的质量 为m1＝300 g，滑块2(包括弹簧)质量为m2＝200 g； (2)数据处理与实验结论： ①实验中气垫导轨的作用是：A._______________________， B．__________________________． ②碰撞前滑块1的速度v1为________m/s；碰撞后滑块1的速度 v2为________m/s；滑块2的速度v3为________m/s；(结果保留 两位有效数字)
实验设计 实验设计需要考虑的问题： (1)如何保证碰撞前后两物体速度在一条直线上． (2)如何测定碰撞前、后两物体的速度．
实验案例 气垫导轨上的实验 气垫导轨、气泵、光电计时器、天平等． 气垫导轨装置如图1－7－1所示，由导轨、滑块、挡光片、 光电门等组成，在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一 定数量的小孔，向导轨空腔内不断通入压缩空气，压缩空 气会从小孔中喷出，使滑块稳定地漂浮在导轨上(如
有橡皮泥的滑块停在两光电门之间，装有撞针的滑块从一 侧经过光电门后两滑块碰撞，一起运动经过另一光电门， 测出两滑块的质量和速度，将实验结果记入相应表格中．
图1－7－5
6．根据上述各次碰撞的实验数据寻找物体碰撞中动量变化的 规律．
气垫导轨实验数据记录表
质量m(kg)
碰撞(烧断)前
m1
m2
碰撞(烧断)后
图1－7－2所示，图中气垫层的厚度放大了很多倍)，这样大 大减小了由摩擦产生的影响．
图1－7－2
(1)质量的测量：用_天__平__测量．
(2)速度的测量：用_光__电__计__时__器__测量． 设Δx 为滑块(挡光片)的宽度，Δt 为数字计时 器显示的滑块(挡光片)经过光电门的时间，则 v ＝ΔΔxt .
m1
m2
速度v(m·s－1)
v1
v2
v1′
v2′
mv(kg·m·s－1)
m1v1＋m2v2
m1v1′＋m2v2′
结论 实验结论：碰撞前后两滑块的动量之和保持不变．
典例分析 【例1】 (2014·课标Ⅱ)现利用图1－7－6(a)所示的装置验证
动量守恒定律．在图(a)中，气垫导轨上有A、B两个滑块， 滑块A右侧带有一弹簧片，左侧与打点计时器(图中未画出) 的纸带相连；滑块B左侧也带有一弹簧片，上面固定一遮 光片，光电计时器(未完全画出)可以记录遮光片通过光电 门的时间．
T＝1f＝0.02 s
②
设在 A 碰撞前后瞬时速度大小分别为 v0、v1，将②式和图 给实验数据代入①式可得：
v0＝4.000×.0210－2 m/s＝2.0垫导轨做“探究碰撞中的动量变化规 律”的实验，气垫导轨装置如图1－7－7所示，所用的气垫 导轨装置由导轨、滑块、弹射架、光电门等组成．
③在误差允许的范围内，通过本实验，同学们可以探究出碰 撞前后系统的总动量和总动能如何变化？通过对实验数据的 分析说明理由． a．________________________； b．________________________． 答案 ①A.大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误 差． B．保证两个滑块的碰撞是一维的． ②0.50 0.10 0.60 ③a.系统碰撞前、后质量与速度的乘积之和不变 b．碰撞前后总动能不变