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(共24張PPT)
第一章 動量守恒定律
第4節 實驗：驗證動量守恒定律
1.掌握驗證動量守恒定律的實驗思路和實驗方法；知道實驗所需測量的物理量及其測量方法；
2.會設計實驗方案，能正確處理實驗數據，得出實驗結論；
3.知道驗證動量守恒定律的實驗注意事項。
01 實驗思路
問題1：動量守恒定律的條件是什么？
系統不受外力，或者所受外力的矢量和為0.
問題2：如何創造實驗條件，使系統所受外力的矢量和近似為0？
創造內力遠大于外力的實驗情景，可以近似滿足動量守恒的條件。
問題3：為了實驗與計算方便我們應該設計怎樣的碰撞？
兩個物體碰撞前沿同一直線運動，碰撞后仍沿這條直線運動。
最簡單的碰撞情況：兩個物體碰撞前沿同一直線運動，碰撞后仍沿這條直線運動。這種碰撞叫做一維碰撞。如下圖所示：
v1
m1
v2
m2
v1
m1
v2 = 0
m2
v1
m1
v2
m2
實驗思路：碰撞中的特殊情況——一維碰撞
雖然物體還受到重力、支持力、摩擦力、空氣阻力等外力的作用，但是有些力的矢量和為0，有些力與系統內兩物體的相互作用力相比很小。在可以忽略這些外力的情況下，碰撞滿足動量守恒定律的條件。
根據動量的定義，很自然地想到，需要測量物體的質量，以及兩個物體發生碰撞前后各自的速度。 （即m1，v1，v1′，m2，v2，v2′）
物體的質量可用天平直接測量。
問題1：實驗中我們需要測量哪些物理量？
問題2：物體質量如何測量？
問題3：物體速度如何測量？你掌握哪些方法可以測量物體速度？
方法一：光電門測速
方法二：打點計時器測速
方法三：機械能守恒角度測速
方法四：平拋運動規律測速
02 物理量的測量
03 數據分析
檢驗：碰撞前后總動量是否守恒，即m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2
方案1：研究氣墊導軌上滑塊碰撞時的動量守恒
（1）實驗器材：氣墊導軌、光電計時器、遮光片、天平、滑塊（兩個）、彈簧片、細繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥等。
氣墊導軌
碰撞滑塊
光電門
遮光片
（2）實驗設計：
在一種實驗情形下動量守恒，就能說明動量守恒定律是正確的、普遍成立的嗎？
情景1：兩個滑塊相互碰撞的端面上安裝彈性碰撞架，滑塊碰撞后隨即分開
情景2：兩個滑塊的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥，滑塊碰撞后連成一體
情景3：兩個滑塊間放置輕彈簧，擠壓兩個滑塊使彈簧壓縮，并用一根細線將兩滑塊固定，燒斷細線后兩滑塊彈開
思考與討論1：氣墊導軌是否需要調成水平？如果需要，你能想出哪些辦法？
思考與討論2：如果物體碰撞后的速度方向與原來的方向相反，應該怎樣記錄？
接通氣泵，將滑塊置于氣墊導軌上，滑塊能夠短時間內保持靜止或者輕推滑塊，滑塊通過兩個光電門的時間相同
選取一個正方向，速度與正方向相同時記錄為正值，與正方向相反時記錄為負值
思考與討論3：遮光片寬度大些好還是小些好？
小些好，這樣計算出來的速度更精確
（3）實驗過程及數據處理：
（4）實驗結論：
系統不受外力，或者所受外力的矢量和為0，在實驗誤差允許范圍內，兩滑塊組成的系統動量守恒。
★注意：利用氣墊導軌進行實驗，調整氣墊導軌時，注意利用水平儀確保導軌水平。
（5）誤差分析：
碰撞前后系統的總動量有差異，其可能原因是什么？
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。
③質量和速度的測量誤差。
1.實驗器材：
方案2：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，質量不相等的小球的碰撞來研究動量。
入射小球發生碰撞前的落地點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。
斜槽、大小相等質量不同的小球兩個、重垂線、白紙、復寫紙、天平、刻度尺、圓規、三角板。
m1
m2
O
P
M
N
入射小球
被碰小球
因平拋的時間相同，則
故應驗證的關系式為：m1 OP= m1 OM+m2 ON
要驗證的關系是
（1）先用天平測出入射小球、被碰小球質量m1、m2(m1>m2)。
（2）將斜槽固定在鐵架臺上，使槽的末端水平。
（3）在地上鋪一張白紙，在白紙上鋪放復寫紙。
3. 實驗步驟：
（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。
（5）先不放被碰小球，讓入射小球從斜槽上同一位置處靜止滾下，重復 10 次，用圓規畫盡可能小的圓把所有的小球落點圈在里面，圓心就是入射小球不碰撞時的落地點。
圓心即為小球平均落點
O
P
M
N
m1
入射小球
（6）把被碰小球放在斜槽軌道末端，讓入射小球從同一位置靜止滾下，使它們發生正碰，重復 10 次，同理求出入射小球落點的平均位置 M 和被碰小球落點的平均位置N。
（7）用刻度尺測出線段 OM、OP、ON 的長度，把兩小球的質量和相應的水平位移數值代入m1 OP＝m1 OM＋m2 ON，看等式是否成立。
O
P
M
N
m1
m2
入射小球
被碰小球
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 要保證對心碰撞，兩球必須大小相等；
⑤ 小球的諸多落點要用用圓規畫盡可能小的圓把所有的小球落點都圈在里面，該小圓的圓心即為小球的平均落點 ；
④ 選質量較大的小球作為入射小球，以免碰撞后小球反彈；
4.注意事項
⑥ 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。
本實驗運用轉換法，即將測量小球做平拋運動的初速度轉換成測平拋運動的水平位移；由于本實驗僅限于研究系統在碰撞前后動量的關系，所以各物理量的單位不必統一使用國際單位制的單位。
5.數據處理
碰撞前后質量 碰撞前水平距離 碰撞后水平距離
入射小球 m1=45g OP=44.80cm OM=35.20cm
被碰小球 m2=7.5g ON=55.60cm
6.實驗記錄
分析：
兩球碰撞前的動量之和：
p＝m1 OP＝45.0×44.80 g·cm＝2016 g·cm，
碰撞后的總動量：
p′＝m1 OM＋m2 ON＝(45.0×35.20＋7.5×55.60) g·cm
＝2 001 g·cm。
結論：
在實驗誤差允許范圍內，在斜槽末端兩小球組成的系統碰撞時動量守恒。
1. （多選）如圖是利用強磁力片模擬小車的碰撞．則下列判斷正確的是（ ）
A．利用氣墊導軌可以忽略滑塊與導軌接觸面間的摩擦力，保證兩滑塊系統外力和為零
B．利用氣墊導軌可以很容易保證兩個滑塊的碰撞是一維的
C．利用光電門可以迅速測量計算得到兩個滑塊碰撞前后的速度
D．該碰撞過程中，兩滑塊的動能和不變
ABC
2．在做“驗證動量守恒定律”的整個實驗過程中，入射小球多次滾下都應從斜槽上的同一位置無初速度釋放，這是為了（　　）
A．保證小球每次都水平地飛出槽口
B．保證小球每次都以相同速度飛出槽口
C．保證小球在空中飛行時間不變
D．保證小球每次都沿同一方向運動
B
a.調節導軌,使之水平;
b.輕推滑塊A,測得A通過光電門G1的遮光時間為Δt0;
c.A與B相碰后,測得B和A先后經過光電門G2的遮光時間分別為ΔtB和ΔtA。
(1)實驗中,滑塊A、B的質量應滿足mA (選填“>”或“<”)mB。
(2)驗證兩滑塊碰撞過程中動量守恒的表達式為 。
(3)滑塊與導軌間的摩擦會導致測得的碰撞前系統的總動量 (選填“>”或“<”)碰撞后系統的總動量。
3.驗證動量守恒的實驗裝置如圖所示,氣墊導軌置于水平桌面上,G1和G2為兩個光電門,固定有相同遮光片的兩彈性滑塊A、B的質量分別為mA、mB。實驗過程如下:
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實驗：驗證動量守恒定律
實驗思路：
物理量的測量
數據分析
碰撞中的特殊情況——一維碰撞
物理量：物體的質量、碰撞前后各自的速度
測量工具
測量方法
檢驗：根據 m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2
兩種方案
研究氣墊導軌上滑塊碰撞時的動量守恒
研究斜槽末端小球碰撞時的動量守恒

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