實驗：驗證動量守恒定律 高二上學期物理人教版（2019）選擇性必修第一冊

1.4實驗：驗證動量守恒定律復習回顧：1、什么是系統(tǒng)內力和外力?2、動量守恒定律的內容和表達式是什么？3、動量守恒的四個條件？4、某一方向動量守恒需要注意什么？5、如果動量守恒是否機械能也守恒？6、用動量守恒定律解題的五個步驟是什么？7、動量守恒定律的應用中兩種常見的臨界問題是什么？

動量守恒定律的適用條件是系統(tǒng)不受外力，或者所受外力的矢量和為0。我們生活中的物體受到各種力的作用，難以滿足這種理想化的條件。但是，在某些情況下，可以近似滿足動量守恒的條件。上一節(jié)課我們分別通過動量定理和牛頓運動定律兩個不同的角度，理論上證明了動量守恒定律，那么我們如何通過實驗來加以驗證呢？一、實驗目的：驗證動量守恒定律二、實驗原理：m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'1、從實驗原理上來看，實驗中我們需要測量哪些物理量？2、質量如何測量？3、速度如何測量？直接測量（打點計時器、光電門）間接測量（根據(jù)速度與其他物理量間的關系，把測速度轉換成測其他物理量。如：位移、角度等）驗證動量守恒定律：氣墊導軌碰撞滑塊光電門L擋光條導軌水平1、實驗器材：氣墊導軌、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。方案一、研究氣墊導軌上滑塊碰撞時的動量守恒2．物理量的測量(1)質量的測量：用天平測量兩滑塊的質量m1、m2。

(3)碰撞情景的實現(xiàn)：利用彈簧片、細繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥設計各種類型的碰撞，利用在滑塊上加重物的方法改變碰撞物體的質量。3．本實驗研究以下幾種情況(1)滑塊碰撞后分開。（彈性碰撞）(2)滑塊碰撞后粘連。（非彈性碰撞）(3)靜止的兩滑塊被反向彈開。4．實驗步驟：(以上述3中第(1)種情況為例)(1)安裝氣墊導軌，接通電源，給導軌通氣，調節(jié)導軌水平。(2)在滑塊上安裝好擋光片、彈性碰撞架、光電門等，測出兩滑塊的質量m1和m2。(3)用手撥動滑塊使其在兩數(shù)字計時器之間相碰．滑塊反彈越過數(shù)字計時器之后，抓住滑塊避免反復碰撞．讀出兩滑塊經(jīng)過兩數(shù)字計時器前后的4個時間。(4)改變碰撞速度，或采用運動滑塊撞擊靜止滑塊等方式，分別讀出多組數(shù)據(jù)，記入表格。5.注意事項（1）保證是一維碰撞。（2）氣墊導軌是一種精度較高的現(xiàn)代化教學儀器。切忌振動、重壓，嚴防碰傷和劃傷，絕對禁止在不通氣的情況下將滑行器在軌面上滑磨。調整水平時注意利用水平儀。（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，成為實驗結論。（4）考慮到速度的矢量性，記錄數(shù)據(jù)時應規(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，則取負值。6.收集數(shù)據(jù)，填入表格：質量m速度v次數(shù)A滑塊m1B滑塊m2A碰前v1B碰前v2A碰后v'1B碰后v'21237.實驗驗證和結論：總動量次數(shù)碰前(m1v1+m2v2)碰后(m1v1'+m2v2')123結論：在實驗誤差允許范圍內，兩滑塊組成的系統(tǒng)動量守恒。處理數(shù)據(jù)是是否必須計算出滑塊的速度呢？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。彈性碰撞架mAv1=mA·v2+mBv3mAv=(mA+mB)v共0=mAvA-mBvB不需要！8.誤差分析

(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)測量和讀數(shù)的準確性帶來的誤差，實驗中應規(guī)范測量和讀數(shù)，同時增加測量次數(shù)，取平均值，盡量減小偶然誤差的影響。(1)實驗中還應測量的物理量及其符號是_______________________________。(2)若取A滑塊的運動方向為正方向，則放開卡銷前，A、B兩滑塊動量之和為________；A、B兩滑塊與彈簧分離后，動量之和為__________________。若這兩個和相等，即可驗證動量守恒定律。例1、在“驗證動量守恒定律”實驗中常會用到氣墊導軌，導軌與滑塊之間形成空氣墊，使滑塊在導軌上運動時幾乎沒有摩擦?，F(xiàn)在有滑塊A、B和帶豎直擋板C、D的氣墊導軌，用它們驗證動量守恒定律，實驗裝置如圖所示(彈簧的長度忽略不計)。采用的實驗步驟如下：a．用天平分別測出滑塊A、B的質量mA、mB；b．調整氣墊導軌使之水平；c．在A、B間放入一個被壓縮的輕彈簧，

用電動卡銷鎖定，靜止放置在氣墊導軌上；d．用刻度尺測出A的左端至擋板C的距離L1；e．按下電鈕放開卡銷，同時開始計時，當A、B滑塊分別碰撞擋板C、D時結束計時，記下A、B分別到達C、D的運動時間t1和t2。B的右端至擋板D的距離L20

(3)實際實驗中，彈簧作用前后，A、B兩滑塊動量之和并不完全相等，可能產(chǎn)生誤差的原因有________。A．氣墊導軌不完全水平B．滑塊A、B的質量不完全相等C．滑塊與導軌間的摩擦力不真正為零D．質量、距離、時間等數(shù)據(jù)的測量有誤差ACD例2、(2023山東青島第五十八中學月考)某同學利用電火花計時器和氣墊導軌做驗證動量守恒定律的實驗。氣墊導軌裝置如圖甲所示,由導軌、滑塊、彈射架等組成,在氣墊導軌的兩個工作面上均勻分布著一定數(shù)量的小孔,向導軌空腔內不斷通入壓縮空氣,空氣會從小孔中噴出,使滑塊穩(wěn)定地漂浮在導軌上,這樣就大大減小了因滑塊和導軌之間的摩擦而引起的誤差。(1)下面是實驗的主要步驟。①安裝好氣墊導軌,調節(jié)氣墊導軌的調節(jié)旋鈕,使導軌水平;②向氣墊導軌通入壓縮空氣;③把電火花計時器固定在緊靠氣墊導軌左端的彈射架的左側,使紙帶穿過電火花計時器和彈射架,紙帶右端固定在滑塊1的左端,調節(jié)電火花計時器的高度,直至滑塊拖著紙帶移動時,紙帶始終在水平方向;④使滑塊1擠壓導軌左端彈射架上繃緊的橡皮繩;⑤把滑塊2放在氣墊導軌的中間;⑥先接通電火花計時器的電源,然后釋放滑塊1,讓滑塊1帶動紙帶一起運動,撞上帶橡皮泥的滑塊2后粘在一起繼續(xù)運動;⑦取下紙帶,重復步驟④⑤⑥,選出理想的紙帶如圖乙所示;⑧測得滑塊1的質量為300g,滑塊2(包括橡皮泥)的質量為320g。

0.6030.5951.3方案二、研究斜槽末端小球碰撞時的動量守恒1.實驗器材：斜槽軌道、半徑相等的鋼球和玻璃球、天平（附砝碼）、毫米刻度尺、復寫紙、白紙、圓規(guī)、小鉛錘。注意：m1

>m2，以免碰撞后小球反彈。2．物理量的測量(1)質量的測量：用天平測量兩小球的質量m1、m2。(2)速度的測量：兩球碰撞前后的速度，可以利用平拋運動的知識求出。3．實驗步驟：(1)不放被碰小球，讓入射小球m1從斜槽上某一位置由靜止?jié)L下，記錄平拋的落點P及水平位移OP。(2)在斜槽水平末端放上被碰小球m2，讓m1從斜槽同一位置由靜止?jié)L下，記下兩小球離開斜槽做平拋運動的落點M、N及水平位移OM、ON。PMNOm1m2(3)為了減小誤差，需要找到不放被碰小球及放被碰小球時小球落點的平均位置。為此，需要讓入射小球從同一高度多次滾下，進行多次實驗，然后用圓規(guī)畫盡量小的圓把小球所有的落點都圈在里面，其圓心即為小球落點的平均位置。

本實驗設計思想巧妙之處在于用長度測量代替速度測量。5．注意事項(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)入射球的質量m1大于被碰球的質量m2。(4)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。6、誤差分析①．系統(tǒng)誤差：主要來源于裝置本身是否符合要求。(1)碰撞是否為一維。(2)實驗是否滿足動量守恒的條件，如氣墊導軌是否水平，用長木板實驗時是否平衡掉摩擦力，兩球是否等大等。②．偶然誤差：主要來源于質量m1、m2和碰撞前后速度(或水平射程)的測量。實驗次數(shù)入射小球A的質量m1/g被碰小球B的質量m2/gOP(cm)OM(cm)ON(cm)碰前動量碰后動量1

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3結論：在實驗誤差允許范圍內，兩小球碰撞過程中的系統(tǒng)動量守恒。數(shù)據(jù)記錄及處理例3、如圖所示，用“碰撞實驗器”可以驗證動量守恒定律，即研究兩個小球在軌道水平部分碰撞前后的動量關系。(1)實驗中，直接測量小球碰撞前后的速度是不容易的。但是，可以通過僅測量__________(填選項前的符號)，間接地解決這個問題。A．小球開始釋放時距桌面的高度hB．小球拋出點距地面的高度HC．小球做平拋運動的射程C(2)圖中O點是小球拋出點在地面上的垂直投影，實驗時先讓入射球m1多次從傾斜軌道上S位置靜止釋放，找到其平均落地點的位置P，測量平拋射程OP，然后，把被碰小球m2靜置于軌道的水平部分，再將入射球m1從斜軌上S位置靜止釋放，與小球m2相碰，并多次重復。接下來要完成的必要步驟是__________。(填選項前符號)A．用天平測量兩個小球的質量m1、m2B．測量小球m1開始釋放時距桌面的高度hC．測量拋出點距地面的高度HD．分別找到m1、m2相碰后平均落地點的位置M、NE．測量平拋射程OM、ON(3)若兩球碰撞前后的動量守恒，表達式________________________[用(2)中測量的量表示]。ADEm1·0M＋m2·0N＝m1·0P例4、某同學用圖甲所示裝置通過大小相同的A、B兩小球的碰撞來驗證動量守恒定律。圖中PQ是斜槽，實驗時先使A球從斜槽上某一固定位置C由靜止開始滾下，落到位于水平地面的記錄紙上，留下痕跡。重復上述操作10次，得到10個落點痕跡。再把B球放在水平槽末端，讓A球仍從位置C由靜止開始滾下，和B球碰撞后，A、B球分別在記錄紙上留下各自的落點痕跡。重復這種操作10次。圖中O點是水平槽末端R在記錄紙上的垂直投影點。(1)安裝器材時要注意：固定在桌邊上的斜槽末端的切線要沿________方向。(2)小球A的質量m1與小球B的質量m2應滿足的關系是m1________m2(填“＞”“＜”或“＝”)。水平＞(3)某次實驗中，得出小球的落點情況如圖乙所示，P′、M、N分別是入射小球在碰前、碰后和被碰小球在碰后落點的平均位置(把落點圈在內的最小圓的圓心)。若本次實驗的數(shù)據(jù)很好地驗證了動量守恒定律，則入射小球和被碰小球的質量之比m1∶m2＝________。4:12.量角器測角度21.天平測質量θαm1v0=βm1v1+m2v2V1V21LV0方案三、利用單擺驗證小球碰撞時的動量守恒例5、用如圖所示裝置來“驗證動量守恒定律”，質量為mB的鋼球B放在小支柱N上，球心離地面高度為H；質量為mA的鋼球A用細線拴好懸掛于O點，當細線被拉直時O點到球心的距離為L，且細線與豎直線之間夾角為α；球A由靜止釋放，擺到最低點時恰與球B發(fā)生正碰，碰撞后，A球把輕質指示針C推移到與豎直夾角為β處，B球落到地面上，地面上鋪有一張蓋有復寫紙的白紙D，用來記錄球B的落點。(1)用圖中所示各個物理量的符號表示碰撞前后A、B兩球的速度(設A、B兩球碰前的速度分別為vA、vB，碰后速度分別為vA′、vB′)，則vA＝________________，vA′＝________________，vB＝____，vB′＝__________。(2)請你提供兩條提高實驗精度的建議：_____________________________________________________________________________________________