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(共22張PPT)
新人教版 選擇性必修一
第一章 動量守恒定律
第4節(jié) 驗證動量守恒定律
二、光的折射
學(xué)習(xí)任務(wù)一：實驗思路
1.兩個物體在發(fā)生碰撞時，作用時間很短。根據(jù)動量定理，它們的相互作用力很大。如果把這兩個物體看作一個系統(tǒng)，那么，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(tǒng)內(nèi)兩物體的相互作用力相比很小。因此，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。
v1
m1
m2
2、實驗中哪些物體組成了要研究的系統(tǒng)？
3、如何創(chuàng)造實驗條件，使系統(tǒng)所受外力的矢量和近似為0？
4、需要測量哪些物理量？
兩個相互碰撞的物體
利用氣墊導(dǎo)軌盡量減小阻力，重力與支持力平衡，系統(tǒng)外力矢量和為0
物體質(zhì)量用天平測量，速度用光電門無接觸測量。
1.根據(jù)動量守恒定律的表達式：m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'，實驗中我們需要測量哪些物理量？
（1）測量物體的質(zhì)量：m1和m2
（2）測量物體碰撞前后的速度：v1、v2、v1'、v2'
2.如何測兩個物體的質(zhì)量？
物體質(zhì)量可用天平直接測量
3.如何測量物體碰撞前后的速度？根據(jù)你所學(xué)以往知識能說出幾種？
（1）利用打點計時器測速
（2）利用光電門測速
（3）利用機械能守恒定律測速
（4）利用平拋運動測速
學(xué)習(xí)任務(wù)二：物理量的測量
二、光的折射
研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時的動量守恒
方案一：
情景2.在兩個滑塊的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥（圖2），碰撞時撞針插入橡皮泥中，使兩個滑塊連成一體運動。如果在兩個滑塊的碰撞端分別貼上尼龍拉扣，碰撞時它們也會連成一體。
圖2 滑塊碰撞后粘連
情景3.原來連在一起的兩個物體，由于相互之間具有排斥的力而分開，這也可視為一種碰撞。這種情況可以通過下面的方式實現(xiàn)。在兩個滑塊間放置輕質(zhì)彈簧，擠壓兩個滑塊使彈簧壓縮，并用一根細線將兩個滑塊固定。燒斷細線，彈簧彈開后落下，兩個滑塊由靜止向相反方向運動（圖3）。
圖3 彈簧使靜止滑塊分開
情景1.選取兩個質(zhì)量不同的滑塊，在兩個滑塊相互碰撞的端面裝上彈性碰撞架（圖1），滑塊碰撞后隨即分開。
圖1 滑塊碰撞后分開
1.實驗情景設(shè)置：
二、光的折射
2.實驗器材
氣墊導(dǎo)軌、光電計時器、天平、滑塊(兩個)、彈簧片、細繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥等．
研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時的動量守恒
方案一：
（1）質(zhì)量的測量：天平稱量出滑塊質(zhì)量m1，m2 ,利用加重物來改變滑塊的質(zhì)量
（2）速度的測量：
利用公式 測出碰前m1的速度v1和碰后m1的速度v1 和m2的速度v2
Δx—遮光條寬度
Δt—遮光條經(jīng)過光電門的時間
3.實驗需要測量的物理量
(4)使兩滑塊依次發(fā)生上圖三種碰撞情況，計算滑塊碰撞前后的速度。
(1)用天平測量兩滑塊的質(zhì)量m1、m2，填入預(yù)先設(shè)計好的表格中。
(2)安裝光電門，使兩個光電門之間的距離約為50cm。
(6)整理實驗儀器，數(shù)據(jù)處理，尋找守恒量。
(5)改變滑塊質(zhì)量，重復(fù)步驟(4)。
(3)導(dǎo)軌通氣后，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌水平，使滑塊在氣墊導(dǎo)軌上保持不動或。
研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時的動量守恒
方案一：
4.實驗步驟
（1）實驗之前需要將氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平；
（2）實驗時應(yīng)該確保發(fā)生的是一維碰撞；
（3）測量擋光片的寬度時應(yīng)盡量減小誤差；
5.注意事項
mA＞mB , 運動滑塊A撞擊靜止滑塊B。
兩靜止滑塊被彈簧彈開，一個向左，一個向右
運動滑塊A撞擊靜止滑塊B，撞后兩者粘在一起。
mAv1=mA·v2+mBv3
mAv=(mA+mB)v共
0=mAvA-mBvB
研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時的動量守恒
方案一：
實驗數(shù)據(jù)分析
研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時的動量守恒
方案一：
實驗演示
研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時的動量守恒
方案一：
實驗演示
研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時的動量守恒
方案二：
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（入射小球）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（被碰小球）發(fā)生正碰。
使入射小球從斜槽不同高度處滾下，測出兩球的質(zhì)量以及它們每次碰撞前后的速度，就可以驗證動量守恒定律。
如何測量碰撞前后的速度？
1、實驗裝置中的鉛錘線起什么作用？
2、如何記錄并測量小球飛出的水平距離？
兩球碰撞前后的速度，可以利用平拋運動的知識求出。
在這個實驗中也可以不測量速度的具體數(shù)值。做平拋運動的小球落到地面，它們的下落高度相同，飛行時間也就相同。因此，小球碰撞后的速度之比就等于它們落地時飛行的水平距離之比。
1.實驗情景設(shè)置
研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時的動量守恒
方案二：
斜槽、同體積的鋼球兩個、重垂線、白紙、復(fù)寫紙、天平、刻度尺、圓規(guī)。
(1)質(zhì)量的測量：用天平測量測小球的質(zhì)量。
(2)速度的測量：利用公式 ，式中x為小球平拋的水平位移，t為小球平拋運動落地時間，但也可以不測速度的具體數(shù)值。
2.實驗器材
3.實驗需要測量的物理量
研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時的動量守恒
方案二：
1. 先用天平稱量出兩個小球的質(zhì)量mA、mB。
3. 在地上鋪一張白紙，白紙上鋪放復(fù)寫紙。
2. 安裝好實驗裝置，注意使實驗器的斜槽末端點的切線水平。
5. 先不放被碰小球，讓入射小球從斜槽上同一位置處靜止?jié)L下，重復(fù) 10 次，用圓規(guī)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。
4. 在白紙上記下重垂線所指的位置 O,它表示入射小球 mA碰撞前球心的豎直投影點。
4.實驗步驟
圓心即為小球平均落點
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?jié)L下，使它們發(fā)生正碰，重復(fù) 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(zhì)量和相應(yīng)的水平位移數(shù)值代入m1OP＝m1OM＋m2ON，看等式是否成立。
(1)斜槽末端點的切線要水平。
(2)入射小球的質(zhì)量大于被碰小球的質(zhì)量，且兩球大小要相同。
(3)每次入射小球在斜槽上同一高度自由滾下。
(4)白紙鋪好后不能移動。
(5)小球的諸多落點要用用圓規(guī)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；
研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時的動量守恒
方案二：
5.注意事項
研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時的動量守恒
方案二：
實驗演示
新課講授
研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時的動量守恒
方案二：
實驗演示
利用單擺驗證動量守恒
方案三：
碰后粘到一起
θ
β
設(shè)擺長為L=l+r，測出擺角θ和β，可得碰前與碰后速度
兩繩等長（保證對心碰撞）
A
B
A
B
懸點間距離為小球直徑（保證對心碰撞）

利用打點計時器驗證動量守恒
方案三：
橡皮泥
測出相鄰計數(shù)點間的距離Δx，

可得速度為
相鄰計數(shù)點間的時間Δt，
光滑桌面通過平衡摩擦力獲得
利用頻閃照片驗證動量守恒
方案三：
分析頻閃照片中A、B滑塊碰撞前后的位置情況，
設(shè)頻閃時間間隔為Δ t，可得速度為
二、光的折射
當堂達標檢測
1.如圖甲，長木板的一端墊有小木塊，可以微調(diào)木板的傾斜程度，以平衡摩擦力，使小車能在木板上做勻速直線運動。小車A前端貼有橡皮泥，后端連一打點計時器紙帶，接通打點計時器電源后，讓小車A以某速度做勻速直線運動，與置于木板上靜止的小車B相碰并粘在一起，繼續(xù)做勻速直線運動。打點計時器電源頻率為50Hz，得到的紙帶如圖乙所示，已將各計數(shù)點之間的距離標在圖上。
（1）圖中的數(shù)據(jù)有AB、BC、CD、DE四段，計算小車A碰撞前的速度大小應(yīng)選哪段？計算兩車碰撞后的速度大小應(yīng)選哪段？為什么？
（2）若小車A的質(zhì)量為0.4kg，小車B的質(zhì)量為0.2kg，根據(jù)紙帶數(shù)據(jù)，碰前兩小車的總動量是多少？碰后兩小車的總動量是多少？
碰撞前BC，碰撞后DE（AB在加速，CD是碰撞中速度在變）
碰撞前0.6848kg·m/s 碰撞后0.6840kg·m/s
2.某實驗小組的同學(xué)制作了一個彈簧彈射裝置,輕彈簧兩端各放一個金屬小球(小球與彈簧不連接),壓縮彈簧并鎖定,然后將鎖定的彈簧和兩個小球組成的系統(tǒng)放在內(nèi)壁光滑的金屬管中(管徑略大于兩球直徑),金屬管水平固定在離地面一定高度處,如圖所示.若解除彈簧鎖定,則這兩個金屬小球可以同時沿同一直線向相反方向彈射.現(xiàn)要測定彈射裝置在彈射時所具有的彈性勢能,并驗證碰撞過程中動量守恒,實驗小組配有足夠的基本測量工具,并按下述步驟進行實驗:
①用天平測出1、2兩球質(zhì)量分別為m1、m2;
②用刻度尺測出兩管口離地面的高度均為h;
③解除彈簧鎖定彈出兩球,記錄下兩球在水平地面上的落點M、N.
當堂達標檢測
根據(jù)該小組同學(xué)的實驗,回答下列問題:
(1)要測定彈射裝置在彈射時所具有的彈性勢能,還需要測量的物理量有　 　(填選項前的字母).
A.彈簧的壓縮量Δx
B.兩球落地點M、N到對應(yīng)管口P、Q的水平距離x1、x2
C.小球直徑
D.兩球從彈出到落地的時間t1、t2
B
[解析] 彈簧彈出兩球A過程中,系統(tǒng)機械能守恒,要測定壓縮彈簧的彈性勢能,可轉(zhuǎn)換為測定兩球被彈出時的動能,實驗中顯然可以利用平拋運動測定平拋初速度以計算初動能,因此在測出平拋運動下落高度的情況下,只需測定兩球落地點M、N到對應(yīng)管口P、Q的水平距離x1、x2. .
當堂達標檢測
(2)根據(jù)測量結(jié)果,可得彈性勢能的表達式為　 　.
Ep=+
[解析]平拋運動的時間t=,初速度v0=,因此初動能Ek=m=,由機械能守恒定律可知,壓縮彈簧的彈性勢能等于兩球平拋運動的初動能之和,即Ep=+.
(3)用測得的物理量來表示,如果滿足關(guān)系式　 　,則說明彈射過程中系統(tǒng)動量守恒.
m1x1=m2x2
[解析]若彈射過程中系統(tǒng)動量守恒,則m1v01=m2v02,代入時間得m1x1=m2x2.
當堂達標檢測

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