实验七　验证动量守恒定律

实验七　验证动量守恒定律 知识要点归纳 过程分析导引 实验典例精析 知能优化演练

知识要点归纳 实验目的 验证动量守恒定律．

知识可知，只要小球下落的高度相同，在落地前运动 实验原理 质量为m1和m2的两个小球发生正碰，若碰前m1运动，m2静止，根据动量守恒定律应有：m1v1＝m1v′1＋m2v′2.因小球从斜槽上滚下后做平抛运动，由平抛运动 图6－4－1 知识可知，只要小球下落的高度相同，在落地前运动 的时间就相同，则小球的水平速度若用飞行时间作时间单位，在数值上就等于小球飞出的水平距离．所以只要测出小球的质量及两球碰撞前后飞出的水平距离，代入公式就可验证动量守恒定律．即m1OP＝m1OM＋m2ON，式中OP、OM和ON的意义如图6－4－1所示．

实验器材 斜槽、大小相等质量不同的小球两个、重垂线一条、白纸、复写纸、天平一台、刻度尺、圆规、三角板．

过程分析导引 一、实验步骤 1．先用天平测出小球质量m1、m2. 2．按图6－4－2那样安装好实验装置，将斜槽固定在桌边，使槽 的末端点切线水平，把被碰小球放在斜槽前端边缘处， 图6－4－2 调节实验装置使两小球碰时处于同一水平高度，且碰撞瞬间，入射球与被碰球的球心连线与轨道末端的切线平行，以确保正碰后的速度方向水平．

3．在地上铺一张白纸，在白纸上铺放复写纸． 4．在白纸上记下重垂线所指的位置O. 5．先不放被碰小球，让入射小球从斜槽上同一高度处滚下，重复10次，用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面，圆心就是入射小球不碰时的落地点P. 6．把被碰小球放在斜槽前端边缘处，让入射小球从同一高度滚下，使它发生正碰，重复10次，仿步骤(5)求出入射小球落地点的平均位置M和被碰小球落地点的平均位置N. 7．用刻度尺测量线段OM、OP、ON的长度． 8．整理好实验器材放回原处．

二、误差分析 实验中发现碰撞后系统(m1、m2)水平方向的总动量小于碰撞前系统水平方向的总动量，误差主要来源于： 1．难做到准确的正碰，则误差较大；斜槽末端若不水平，则得不到准确的平抛运动而造成误差． 2．O、P、M、N各点定位不准确，测量和作图有偏差．

三、注意事项 1．本实验中两个小球质量不同，一定是质量大的作入射球，质量小的作被碰球，如果用质量小的与质量大的相碰，则质量小的球可能被反弹，这样就不能准确测定入射小球碰后的速度． 2．该实验要确保斜槽末端水平．检验是否水平的方法是：将小球轻轻放在斜槽末端的水平部分的任一位置，若小球均能保持静止，则表明斜槽末端已水平．

3．保证入射小球每次必须从同一高度由静止滚下，且尽可能的让小球的释放点高些． 4．实验过程中，实验桌、斜槽及白纸的位置始终不变． 5．在计算时一定要注意m1、m2和OP、OM、ON的对应关系．

四、实验创新 1．实验器材：气垫导轨，光电计时器，两辆已知质量相同的小车，弹簧，细线，砝码，双面胶． 2．实验步骤 (1)调整导轨使之处于水平状态，并使光电计时器系统正常工作． (2)导轨上一小车静止，用另一小车与其碰撞，观察两小车的速度变化．

(3)如图6－4－3所示，将两小车用压缩的弹簧连接在一起，烧断细线，观察两小车的运动速度． (4)在一小车上贴上双面胶，用另一小车碰撞它，使两小车随后粘在一起运动．观察小车碰撞前、后速度的变化． (5)改变其中某一小车的质量，重复以上步骤． (6)对两小车组成的系统，分析以上几种情况下碰撞前后系统动量是否保持不变． 图6－4－3

实验典例精析 实验操作和实验原理 题型一 (2011年河北唐山二模)如图6－4－4，某同学利用验证碰撞中的动量守恒实验装置，探究半径相等的小球1和2的碰撞过程是否动量守恒．用天平测出两个小球的质量分别为m1和m2，且m1>m2.按下述步骤进行了实验： 例1 图6－4－4

安装好实验装置，做好测量前的准备，并记下重垂线所指的位置O. 第一步：不放小球2，让小球1从斜槽上A点由静止滚下，并落在地面上．重复10次，用尽可能小的圆把小球的所有落点圈在里面，其圆心就是小球落点的平均位置． 第二步：把小球2放在斜槽前端边缘处，让小球1从A点由静止滚下，使它们碰撞并落在地面上．重复10次，并使用与第一步同样的方法分别标出碰撞后两小球落点的平均位置． 第三步：用刻度尺分别测量三个落点的平均位置离O点的距离，即线段OD、OE、OF的长度，分别为LD、LE、LF.

(1)小球m1与m2发生碰撞后，m1的落点是图中的________点，m2的落点是图中的________点． (2)用测得的物理量来表示，只要满足关系式________，则说明两小球的碰撞过程动量守恒． (3)实验中有关操作和描述正确的是________． A．用质量大的球去碰质量较小的球，目的是使被碰球飞行距离更远，可减小测量误差 B．调整斜槽末端水平，目的是使两球能发生对心碰撞 C．让入射球从同一位置释放，目的是保障每次碰撞前小球的动量都相同 D．碰撞后两球的动能之和总会小于碰前入射球的动能，是因为斜槽摩擦力做负功造成的

(3)用质量大的球碰质量小的球，目的是碰后不被反弹，可减小由于反弹后摩擦引起误差，故A错；斜槽末端呈水平，目的 是两球碰前、碰后做平抛运动，故B错；让入射球从同一位置释放，目的是保障每次碰前具有相同的动量，故C对；碰后总动能之和小于碰前入射球的动能，是因为不是弹性碰撞，碰时损失能量，故D错． 【答案】　(1)D　F　(2)m1LE＝m1LD＋m2LF　(3)C

实验创新 题型二 (2009年高考四川卷)气垫导轨(如图6－4－5)工作时，空气从导轨表面的小孔喷出，在导轨表面和滑块内表面之间形成一层薄薄的空气层，使滑块不与导轨 例2 图6－4－5 表面直接接触，大大减小了滑块运动时的阻力．为了验证动量守恒定律，在水平气垫导轨上放置两个质量均为a的滑块，每个滑块的一端分别与穿过打点计时器的纸带相连，两个打点计时器所用电源的频率均为b.气垫导轨正常工作后，

接通两个打点计时器的电源，并让两滑块以不同的速度相向运动，两滑块相碰后粘在一起继续运动．图6－4－6为某次实验打出的点迹清晰的纸带的一部分，在纸带上以同间隔的6个连续点为一段划分纸带，用刻度尺分别量出其长度为s1、s2和s3.若题中各物理量的单位均为国际单位，那么，碰撞前两滑块的动量大小分别为________、________，两滑块的总动量大小为______；碰撞后两滑块的总动量大小为________．重复上述实验，多做几次．若碰撞前、后两滑块的总动量在实验误差允许的范围内相等，则动量守恒定律得到验证．

图6－4－6

【答案】　0.2abs1　0.2abs3　0.2ab(s1－s3)　0.4abs2