实验：验证动量守恒定律 高二上学期物理人教版（2019）选择性必修一

第一章

动量守恒定律第4节

实验：验证动量守恒定律1.掌握验证动量守恒定律的实验思路和实验方法；知道实验所需测量的物理量及其测量方法；2.会设计实验方案，能正确处理实验数据，得出实验结论；3.知道验证动量守恒定律的实验注意事项。一、实验思路问题1：动量守恒定律条件是什么？动量守恒定律的适用条件是系统不受外力，或者所受外力的矢量和为0。问题2：在现实生活中，或者在实验室中，我们很难排除接触面摩擦力的作用，是不是没法做验证动量守恒定律的实验？我们生活中的物体受到各种力的作用，难以满足系统不受外力这种理想化的条件。但是，可以创造内力远大于外力的实验情景，可以近似满足动量守恒的条件。问题3：根据前面学习我们熟悉内力远大于外力的情境是哪种？碰撞问题4：为了实验与计算方便我们应该设计怎样的碰撞？两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿这条直线运动。一维碰撞

实验思路：碰撞中的特殊情况——一维碰撞

虽然物体还受到重力、支持力、摩擦力、空气阻力等外力的作用，但是有些力的矢量和为0，有些力与系统内两物体的相互作用力相比很小。在可以忽略这些外力的情况下，碰撞满足动量守恒定律的条件。问题1：实验中我们需要测量哪些物理量？

问题2：物体质量如何测量？物体的质量可用天平直接测量。问题3：物体速度如何测量？你掌握哪些方法可以测量物体速度？①光电门测速②平抛测速

③打点计时器测速④频闪照片二、物理量的测量三、数据分析检验：碰撞前后总动量是否守恒，即m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒[实验器材]气垫导轨、光电计时器、天平、滑块（两个）、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等。[实验装置][实验原理]

利用气垫导轨来减小摩擦力，用天平测出两滑块的质量，用光电计时器测量滑块碰撞前后的速度，计算碰撞前后的总动量，看其是否守恒。

[实验步骤]

（1）选取两个质量不同的滑块，在两个滑块相互碰撞的端面装上弹性碰撞架，滑块碰撞后随即分开。（2）在两个滑块的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥，碰撞时撞针插入橡皮泥中，使两个滑块连成一体运动。如果在两个滑块的碰撞端分别贴上尼龙拉扣，碰撞时它们也会连成一体。（3）用细线将弹簧压缩，放置于两个滑块之间，并使它们静止，然后烧断细线，弹簧弹开，两个滑块随即向相反方向运动。[实验数据处理]将以上三个实验过程中测得的数据填入下表中。

注意事项（1）若利用气垫导轨进行实验，调整气垫导轨时，注意利用水平仪确保导轨水平．（2）规定好正方向，如果滑块的速度与规定的正方向一致，则速度取正值，否则取负值．（3）改变滑块的质量，进行多次实验，寻找普遍规律。方案二：用平抛演示仪装置验证动量守恒定律1.实验装置：建立情境的器材：斜槽、铅锤、两个半径相同而质量不同的小球采集信息的器材：白纸、复写纸、圆规测量数据的器材：天平、刻度尺将钢球从斜槽上某一位置由静止释放，记录下该位置。离开后小球做平抛运动，落点为P点。OP为钢球平抛位移。OP=v0t.将玻璃球置于斜槽末端，将钢球从同一位置释放，和玻璃球碰撞后，均作平抛运动，落点分别为M点和N点，OM=v1t，ON=v2t.由于平抛运动时间t相同，水平位移正比于速度。若动量守恒，有m1OP=m1OM+m2ON.2.实验原理本实验设计思想巧妙之处在于用长度测量代替速度测量。3.实验步骤（1）测质量：用天平测出两小球的质量，并选定质量大的小球为入射小球。（2）安装：按照图甲所示安装实验装置，调整固定斜槽使斜槽底端水平。（3）铺纸：白纸在下，复写纸在上且在适当位置铺放好，记下重垂线所指的位置O。（4）放球找点，不放被撞小球，每次让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下，重复10次。用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面。圆心F就是小球落点的平均位置。圆心即为小球平均落点（5）碰撞找点，把被撞小球放在斜槽末端，每次让入射小球从斜槽同一高度自由滚下，使它们发生碰撞，重复实验10次。同理求出入射小球落点的平均位置M和被碰小球落点的平均位置N。（6）验证：用刻度尺测出线段OM、OP、ON的长度，把两小球的质量和相应的水平位移数值代入m1·OP=m1·OM+m2·ON，看等式是否成立。（7）结束：整理好实验器材放回原处。注意事项（1）碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”（2）斜槽末端的切线必须水平，入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放。（3）地面须水平，白纸铺好后实验过程中不能移动，否则会造成很大的误差。1.用如图所示的装置可以验证动量守恒定律，在滑块A和B相碰的端面上装上弹性碰撞架，它们的上端装有等宽的挡光片。（1）实验前需要调节气垫导轨水平：在轨道上只放滑块A，轻推一下滑块A，其通过光电门Ⅰ和光电门Ⅱ的时间分别为t1、t2，当t1

t2（选填“>”“=”或“<”）时说明气垫导轨水平。=（2）滑块A静置于光电门Ⅰ的左侧，滑块B静置于两光电门间的某一适当位置。给A一个向右的初速度，通过光电门Ⅰ的时间为∆t1，A与B碰撞后A再次通过光电门Ⅰ的时间为∆t2，滑块B通过光电门Ⅱ的时间为Δt3。为完成该实验，还必需测量的物理量有

。A.挡光片的宽度d

B.滑块A的总质量m1C.滑块B的总质量m2

D.光电门Ⅰ到光电门Ⅱ的间距L（3）若滑块A和B在碰撞的过程中动量守恒，则应该满足的表达式为

。（用已知量和测量量表示）BC2.某同学用如图甲所示装置来验证动量守恒定律，实验时先让小球a从斜槽轨道上某固定点处由静止开始滚下，在水平地面上的记录纸上留下痕迹，重复10次；然后再把小球b静置在斜槽轨道末端，让小球a仍从原固定点由静止开始滚下，和小球b相碰后，两球分别落在记录纸的不同位置处，重复10次．回答下列问题：(1)在安装实验器材时斜槽的末端应

．(2)小球a、b质量ma、mb的大小关系应满足ma

mb，两球的半径应满足ra________rb.(均选填“＞”“＜”或“＝”)(3)本实验中小球平均落地点的位置距O点的距离如图乙所示，小球a、b碰后的平均落地点依次是图乙中的________点和________点．AC保持水平＞＝(4)在本实验中，验证动量守恒的式子是下列选项中的________．A．ma·OC＝ma·OA＋mb·OBB．ma·OB＝ma·OA＋mb·OCC．ma·OA＝ma·OB＋mb·OCB