高中物理選修一演講者：曹雄1.4驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律目錄一、實(shí)驗(yàn)思路二、實(shí)驗(yàn)方案【PART.01】一、實(shí)驗(yàn)思路實(shí)驗(yàn)思路01動(dòng)量守恒1.系統(tǒng)動(dòng)量守恒的條件是什么？(1)系統(tǒng)不受外力；(理想條件)(2)系統(tǒng)受到外力，但外力的合力為零；(實(shí)際條件)(3)系統(tǒng)所受外力合力不為零，但系統(tǒng)內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力，外力相對(duì)來說可以忽略不計(jì)，因而系統(tǒng)動(dòng)量近似守恒；(近似條件）(4)系統(tǒng)總的來看雖不符合以上三條中的任何一條，但在某一方向上符合以上三條中的某一條，則系統(tǒng)在這一方向上動(dòng)量守恒.(單向條件)實(shí)驗(yàn)思路01動(dòng)量守恒2.系統(tǒng)滿足動(dòng)量守恒定律的公式是什么？

上一節(jié)課我們分別通過動(dòng)量定理和牛頓運(yùn)動(dòng)定律兩個(gè)不同的角度，理論上證明了動(dòng)量守恒定律，那么我們?nèi)绾瓮ㄟ^實(shí)驗(yàn)來加以驗(yàn)證呢？實(shí)驗(yàn)思路01動(dòng)量守恒問題：生活中什么樣的過程可以盡可能的滿足動(dòng)量守恒的條件？

碰撞過程——盡管生活中碰撞的物體所受合外力不能為零，但在這一過程中往往內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力，我們可以近似認(rèn)為碰撞滿足動(dòng)量守恒定律的條件。

ABm1m2m1m2m1m2AB物理量的測(cè)量02動(dòng)量守恒1.根據(jù)動(dòng)量守恒定律的表達(dá)式：m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'，實(shí)驗(yàn)中我們需要測(cè)量哪些物理量？（1）測(cè)量物體的質(zhì)量：m1和m2（2）測(cè)量物體碰撞前后的速度：v1、v2、v1'、v2'2.如何測(cè)兩個(gè)物體的質(zhì)量？物體質(zhì)量可用天平直接測(cè)量3.如何測(cè)量物體碰撞前后的速度？根據(jù)你所學(xué)以往知識(shí)能說出幾種？（1）利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速（2）利用光電門測(cè)速（3）利用機(jī)械能守恒定律測(cè)速（4）利用平拋運(yùn)動(dòng)測(cè)速數(shù)據(jù)分析03動(dòng)量守恒利用碰撞進(jìn)行驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律時(shí)，在數(shù)據(jù)分析上會(huì)存在哪些困難，我們?nèi)绾卧O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)才能方便數(shù)據(jù)分析？動(dòng)量是矢量，在計(jì)算兩物體碰撞前后動(dòng)量之和時(shí)可能設(shè)計(jì)用到平行四邊形法則，這在計(jì)算上難度大，為了減少數(shù)據(jù)分析困難，我們可以利用碰撞前后物體都在同一直線上運(yùn)動(dòng)（一維碰撞問題）。

ABm1m2m1m2m1m2AB【PART.02】二、實(shí)驗(yàn)方案目錄01動(dòng)量守恒①用頻閃照片測(cè)速驗(yàn)證動(dòng)量守恒②用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證動(dòng)量守恒③單擺測(cè)速驗(yàn)證動(dòng)量守恒④用平拋演示儀裝置驗(yàn)證動(dòng)量守恒⑤研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒01動(dòng)量守恒實(shí)驗(yàn)方案一研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時(shí)動(dòng)量守恒實(shí)驗(yàn)器材01動(dòng)量守恒氣墊導(dǎo)軌碰撞滑塊光電門L擋光條導(dǎo)軌水平實(shí)驗(yàn)器材：氣墊導(dǎo)軌、光電計(jì)時(shí)器、天平、滑塊（兩個(gè)）、彈簧片、細(xì)繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥等。實(shí)驗(yàn)原理02動(dòng)量守恒1.質(zhì)量的測(cè)量：天平稱量出滑塊質(zhì)量m1，m22.速度的測(cè)量：利用公式測(cè)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(shí)間3.利用加重物來改變滑塊的質(zhì)量實(shí)驗(yàn)原理02動(dòng)量守恒4.不同碰撞情況的實(shí)現(xiàn)：實(shí)驗(yàn)步驟03動(dòng)量守恒4.使兩滑塊依次發(fā)生上圖三種碰撞情況，計(jì)算滑塊碰撞前后的速度。1.用天平測(cè)量?jī)苫瑝K的質(zhì)量m1、m2，填入預(yù)先設(shè)計(jì)好的表格中。2.安裝光電門，使兩個(gè)光電門之間的距離約為50cm。6.整理實(shí)驗(yàn)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(dòng)或。注意事項(xiàng)04動(dòng)量守恒1.保證是一維碰撞。2.氣墊導(dǎo)軌是一種精度較高的現(xiàn)代化教學(xué)儀器。切忌振動(dòng)、重壓，嚴(yán)防碰傷和劃傷，絕對(duì)禁止在不通氣的情況下將滑行器在軌面上滑磨。調(diào)整水平時(shí)注意利用水平儀。3.由于碰撞的情形很多，猜想的不變量只有在各種方案中都不變才能符合要求，成為實(shí)驗(yàn)結(jié)論。4.考慮到速度的矢量性，記錄數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)規(guī)定正方向。若速度方向與規(guī)定的正方向相同，則速度取正值，若速度方向與規(guī)定方向相反，則取負(fù)值。誤差分析05動(dòng)量守恒1.碰撞可能不是精確的一維碰撞。2.碰撞中其他力(例如：摩擦力、空氣阻力等)的影響帶來的誤差。3.測(cè)量和讀數(shù)的準(zhǔn)確性帶來的誤差，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)規(guī)范測(cè)量和讀數(shù)，同時(shí)增加測(cè)量次數(shù)，取平均值，盡量減小偶然誤差的影響。規(guī)律總結(jié)06動(dòng)量守恒mA＞mB,運(yùn)動(dòng)滑塊A撞擊靜止滑塊B。兩靜止滑塊被彈簧彈開，一個(gè)向左，一個(gè)向右

mAv1=mA·v2+mBv3mAv=(mA+mB)v共0=mAvA-mBvB01動(dòng)量守恒實(shí)驗(yàn)方案二用平拋演示儀裝置驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律實(shí)驗(yàn)裝置01動(dòng)量守恒斜槽（末端水平）兩個(gè)小球復(fù)寫紙白紙?zhí)炱?、刻度尺、重垂線實(shí)驗(yàn)原理02動(dòng)量守恒斜槽末端切向水平落點(diǎn)確定：PMNOm1m2圓心即為小球平均落點(diǎn)測(cè)出碰撞前后各球落點(diǎn)到O間的距離xOP、xOM、xON，各球空中運(yùn)動(dòng)時(shí)間均相同，設(shè)為Δt，可得速度為實(shí)驗(yàn)?zāi)M03動(dòng)量守恒m1只有入射小球從固定點(diǎn)下落時(shí)的情況實(shí)驗(yàn)過程動(dòng)畫模擬OP實(shí)驗(yàn)?zāi)M03動(dòng)量守恒m1m2碰撞前后的動(dòng)態(tài)過程MNOP實(shí)驗(yàn)過程動(dòng)畫模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)M03動(dòng)量守恒MNOPm1m2碰撞后的軌跡示意圖實(shí)驗(yàn)過程動(dòng)畫模擬實(shí)驗(yàn)步驟04動(dòng)量守恒1.先用天平稱量出兩個(gè)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(shí)驗(yàn)裝置，注意使實(shí)驗(yàn)器的斜槽末端點(diǎn)的切線水平。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(diǎn)。實(shí)驗(yàn)步驟04動(dòng)量守恒5.先不放被碰小球，讓入射小球從斜槽上同一位置處?kù)o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(diǎn)圈在里面，圓心就是入射小球不碰撞時(shí)的落地點(diǎn)。圓心即為小球平均落點(diǎn)實(shí)驗(yàn)步驟04動(dòng)量守恒7.用刻度尺測(cè)出線段OM、OP、ON的長(zhǎng)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。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(diǎn)的平均位置M和被碰小球落點(diǎn)的平均位置N。注意事項(xiàng)05動(dòng)量守恒1.斜槽末端要切線要水平；2.每次小球下滑要從同一位置處由靜止釋放；

3.要保證對(duì)心碰撞，兩球必須大小相等；4.小球的諸多落點(diǎn)要用用圓規(guī)畫盡可能小的圓把所有的小球落點(diǎn)都圈在里面，該小圓的圓心即為小球的平均落點(diǎn)；5.入射小球的質(zhì)量mA和被碰小球的質(zhì)量mB的大小關(guān)系是mA

>mB

。01動(dòng)量守恒實(shí)驗(yàn)方案三其他實(shí)驗(yàn)方案用單擺測(cè)速驗(yàn)證動(dòng)量守恒01動(dòng)量守恒實(shí)驗(yàn)器材設(shè)計(jì)思路（1）該實(shí)驗(yàn)動(dòng)量守恒的條件是什么？（2）實(shí)驗(yàn)得到什么樣的結(jié)果說明系統(tǒng)動(dòng)量守恒？用單擺測(cè)速驗(yàn)證動(dòng)量守恒01動(dòng)量守恒實(shí)驗(yàn)步驟(1)先用天平稱量出兩個(gè)小球的質(zhì)量m1、m2。(2)安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，注意使兩球球心在同一水平線上。(3)現(xiàn)將A球拉開讓細(xì)繩與豎直方向夾角為θ，然后將細(xì)繩由靜止釋放，然后讓其與B球相撞，然后記下AB組合達(dá)到最高點(diǎn)時(shí)細(xì)繩與豎直方向的夾角β。(4)記錄對(duì)應(yīng)的θ和β。用單擺測(cè)速驗(yàn)證動(dòng)量守恒01動(dòng)量守恒碰后粘到一起θβ設(shè)擺長(zhǎng)為L(zhǎng)=l+r，測(cè)出擺角θ和β，可得碰前與碰后速度兩繩等長(zhǎng)（保證對(duì)心碰撞）ABAB懸點(diǎn)間距離為小球直徑（保證對(duì)心碰撞）

由機(jī)械能守恒可得：驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的表達(dá)式：用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證動(dòng)量守恒02動(dòng)量守恒實(shí)驗(yàn)器材設(shè)計(jì)思路（1）如何調(diào)節(jié)使該實(shí)驗(yàn)裝置動(dòng)量守恒？（2）實(shí)驗(yàn)得到什么樣的結(jié)果說明系統(tǒng)動(dòng)量守恒？用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證動(dòng)量守恒02動(dòng)量守恒實(shí)驗(yàn)步驟(1)先用天平稱量出兩個(gè)小車的質(zhì)量m1、m2。(2)安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，注意使兩小車重心在同一水平線上。(3)將固定帶有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端墊高，將小車放在軌道上，輕輕推動(dòng)小車，讓小車在軌道上做勻速直線運(yùn)動(dòng)。(4)將紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器并固定在小車A的一端，讓小車B靜止的放置在木板上；（5）先接通電源，再釋放紙帶，接著與原來靜止在前方的小車B相碰并粘合成一體繼續(xù)運(yùn)動(dòng)；（6)關(guān)閉電源，取下紙帶，換上新紙帶，重復(fù)步驟(4)(5)(6)，選出較理想的紙帶如圖乙所示；用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證動(dòng)量守恒02動(dòng)量守恒比較項(xiàng)前后質(zhì)量m1m2

速度v1v共

動(dòng)量之和

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理實(shí)驗(yàn)結(jié)論在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，碰撞前后兩個(gè)小車的動(dòng)量守恒。用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證動(dòng)量守恒02動(dòng)量守恒用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證動(dòng)量守恒02動(dòng)量守恒橡皮泥測(cè)出相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離Δx，

求相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間Δt，光滑桌面效果通過平衡摩擦力獲得小車應(yīng)做勻速運(yùn)動(dòng)，距離Δx只能取碰前和碰后穩(wěn)定階段的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算求對(duì)應(yīng)速度選哪段求碰撞前和碰撞后的速度？用頻閃照片驗(yàn)證動(dòng)量守恒03動(dòng)量守恒分析頻閃照片中A、B滑塊碰撞前后的位置情況，設(shè)頻閃時(shí)間間隔為Δt，可得速度為

課堂練習(xí)04動(dòng)量守恒用如圖所示的裝置驗(yàn)證“動(dòng)量守恒定律”。實(shí)驗(yàn)時(shí)先讓A球從斜槽上某一固定位置由靜止釋放，P點(diǎn)為A球落點(diǎn)的平均位置；再把半徑相同的B球放在水平軌道末端，將A球仍從原位置由靜止釋放，M、N分別為A、B兩球碰撞后落點(diǎn)的平均位置。O點(diǎn)是水平軌道末端在記錄紙上的豎直投影點(diǎn)，O、M、P、N位于同一水平面上。(1)除了圖中器材外，完成本實(shí)驗(yàn)還必須使用的器材有

（選填選項(xiàng)前的字母）。A．天平 B．刻度尺 C．秒表 D．圓規(guī)課堂練習(xí)04動(dòng)量守恒

課堂練習(xí)04動(dòng)量守恒【答案】(1)ABD(2)ABC(3)m1OP=m1OM+m2ON

m1:m2=19:5【解析】（1）除了圖中器材外，完成本實(shí)驗(yàn)還必須使用的器材是天平、刻度尺、圓規(guī)。故選ABD。（2）實(shí)驗(yàn)利用平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律測(cè)得小球速度，必要操作是安裝軌道時(shí)，軌道末端必須水平、每次必須從同一個(gè)高度靜止釋放小球、為使小球碰后不反彈，則實(shí)驗(yàn)中兩個(gè)小球的質(zhì)量應(yīng)滿足m?>m?，軌道光滑與否對(duì)實(shí)驗(yàn)無影響。故選ABC。課堂練習(xí)04動(dòng)量守恒

課堂練習(xí)04動(dòng)量守恒

課堂練習(xí)04動(dòng)量守恒請(qǐng)回答下列問題：(1)為完成該實(shí)驗(yàn)，還需要的實(shí)驗(yàn)器材有