實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律 高二上學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修一

第一章

動(dòng)量守恒定律第4節(jié)

實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律1.掌握驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)思路和實(shí)驗(yàn)方法；知道實(shí)驗(yàn)所需測(cè)量的物理量及其測(cè)量方法；2.會(huì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，能正確處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論；3.知道驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)。一、實(shí)驗(yàn)思路問題1：動(dòng)量守恒定律條件是什么？動(dòng)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。問題2：在現(xiàn)實(shí)生活中，或者在實(shí)驗(yàn)室中，我們很難排除接觸面摩擦力的作用，是不是沒法做驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)？我們生活中的物體受到各種力的作用，難以滿足系統(tǒng)不受外力這種理想化的條件。但是，可以創(chuàng)造內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力的實(shí)驗(yàn)情景，可以近似滿足動(dòng)量守恒的條件。問題3：根據(jù)前面學(xué)習(xí)我們熟悉內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力的情境是哪種？碰撞問題4：為了實(shí)驗(yàn)與計(jì)算方便我們應(yīng)該設(shè)計(jì)怎樣的碰撞？?jī)蓚€(gè)物體碰撞前沿同一直線運(yùn)動(dòng)，碰撞后仍沿這條直線運(yùn)動(dòng)。一維碰撞

實(shí)驗(yàn)思路：碰撞中的特殊情況——一維碰撞

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。在可以忽略這些外力的情況下，碰撞滿足動(dòng)量守恒定律的條件。問題1：實(shí)驗(yàn)中我們需要測(cè)量哪些物理量？

問題2：物體質(zhì)量如何測(cè)量？物體的質(zhì)量可用天平直接測(cè)量。問題3：物體速度如何測(cè)量？你掌握哪些方法可以測(cè)量物體速度？①光電門測(cè)速②平拋測(cè)速

③打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速④頻閃照片二、物理量的測(cè)量三、數(shù)據(jù)分析檢驗(yàn)：碰撞前后總動(dòng)量是否守恒，即m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2方案一：研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒[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)裝置][實(shí)驗(yàn)原理]

利用氣墊導(dǎo)軌來減小摩擦力，用天平測(cè)出兩滑塊的質(zhì)量，用光電計(jì)時(shí)器測(cè)量滑塊碰撞前后的速度，計(jì)算碰撞前后的總動(dòng)量，看其是否守恒。

[實(shí)驗(yàn)步驟]

（1）選取兩個(gè)質(zhì)量不同的滑塊，在兩個(gè)滑塊相互碰撞的端面裝上彈性碰撞架，滑塊碰撞后隨即分開。（2）在兩個(gè)滑塊的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥，碰撞時(shí)撞針插入橡皮泥中，使兩個(gè)滑塊連成一體運(yùn)動(dòng)。如果在兩個(gè)滑塊的碰撞端分別貼上尼龍拉扣，碰撞時(shí)它們也會(huì)連成一體。（3）用細(xì)線將彈簧壓縮，放置于兩個(gè)滑塊之間，并使它們靜止，然后燒斷細(xì)線，彈簧彈開，兩個(gè)滑塊隨即向相反方向運(yùn)動(dòng)。[實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理]將以上三個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中測(cè)得的數(shù)據(jù)填入下表中。

注意事項(xiàng)（1）若利用氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時(shí)，注意利用水平儀確保導(dǎo)軌水平．（2）規(guī)定好正方向，如果滑塊的速度與規(guī)定的正方向一致，則速度取正值，否則取負(fù)值．（3）改變滑塊的質(zhì)量，進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，尋找普遍規(guī)律。方案二：用平拋演示儀裝置驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律1.實(shí)驗(yàn)裝置：建立情境的器材：斜槽、鉛錘、兩個(gè)半徑相同而質(zhì)量不同的小球采集信息的器材：白紙、復(fù)寫紙、圓規(guī)測(cè)量數(shù)據(jù)的器材：天平、刻度尺將鋼球從斜槽上某一位置由靜止釋放，記錄下該位置。離開后小球做平拋運(yùn)動(dòng)，落點(diǎn)為P點(diǎn)。OP為鋼球平拋位移。OP=v0t.將玻璃球置于斜槽末端，將鋼球從同一位置釋放，和玻璃球碰撞后，均作平拋運(yùn)動(dòng)，落點(diǎn)分別為M點(diǎn)和N點(diǎn)，OM=v1t，ON=v2t.由于平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)間t相同，水平位移正比于速度。若動(dòng)量守恒，有m1OP=m1OM+m2ON.2.實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想巧妙之處在于用長(zhǎng)度測(cè)量代替速度測(cè)量。3.實(shí)驗(yàn)步驟（1）測(cè)質(zhì)量：用天平測(cè)出兩小球的質(zhì)量，并選定質(zhì)量大的小球?yàn)槿肷湫∏?。?）安裝：按照?qǐng)D甲所示安裝實(shí)驗(yàn)裝置，調(diào)整固定斜槽使斜槽底端水平。（3）鋪紙：白紙?jiān)谙?，?fù)寫紙?jiān)谏锨以谶m當(dāng)位置鋪放好，記下重垂線所指的位置O。（4）放球找點(diǎn)，不放被撞小球，每次讓入射小球從斜槽上某固定高度處自由滾下，重復(fù)10次。用圓規(guī)畫盡量小的圓把所有的小球落點(diǎn)圈在里面。圓心F就是小球落點(diǎn)的平均位置。圓心即為小球平均落點(diǎn)（5）碰撞找點(diǎn)，把被撞小球放在斜槽末端，每次讓入射小球從斜槽同一高度自由滾下，使它們發(fā)生碰撞，重復(fù)實(shí)驗(yàn)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。（6）驗(yàn)證：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m1·OP=m1·OM+m2·ON，看等式是否成立。（7）結(jié)束：整理好實(shí)驗(yàn)器材放回原處。注意事項(xiàng)（1）碰撞的兩物體應(yīng)保證“水平”和“正碰”（2）斜槽末端的切線必須水平，入射小球每次都必須從斜槽同一高度由靜止釋放。（3）地面須水平，白紙鋪好后實(shí)驗(yàn)過程中不能移動(dòng)，否則會(huì)造成很大的誤差。1.用如圖所示的裝置可以驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，在滑塊A和B相碰的端面上裝上彈性碰撞架，它們的上端裝有等寬的擋光片。（1）實(shí)驗(yàn)前需要調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌水平：在軌道上只放滑塊A，輕推一下滑塊A，其通過光電門Ⅰ和光電門Ⅱ的時(shí)間分別為t1、t2，當(dāng)t1

t2（選填“>”“=”或“<”）時(shí)說明氣墊導(dǎo)軌水平。=（2）滑塊A靜置于光電門Ⅰ的左側(cè)，滑塊B靜置于兩光電門間的某一適當(dāng)位置。給A一個(gè)向右的初速度，通過光電門Ⅰ的時(shí)間為?t1，A與B碰撞后A再次通過光電門Ⅰ的時(shí)間為?t2，滑塊B通過光電門Ⅱ的時(shí)間為Δt3。為完成該實(shí)驗(yàn)，還必需測(cè)量的物理量有

。A.擋光片的寬度d

B.滑塊A的總質(zhì)量m1C.滑塊B的總質(zhì)量m2

D.光電門Ⅰ到光電門Ⅱ的間距L（3）若滑塊A和B在碰撞的過程中動(dòng)量守恒，則應(yīng)該滿足的表達(dá)式為

。（用已知量和測(cè)量量表示）BC2.某同學(xué)用如圖甲所示裝置來驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，實(shí)驗(yàn)時(shí)先讓小球a從斜槽軌道上某固定點(diǎn)處由靜止開始滾下，在水平地面上的記錄紙上留下痕跡，重復(fù)10次；然后再把小球b靜置在斜槽軌道末端，讓小球a仍從原固定點(diǎn)由靜止開始滾下，和小球b相碰后，兩球分別落在記錄紙的不同位置處，重復(fù)10次．回答下列問題：(1)在安裝實(shí)驗(yàn)器材時(shí)斜槽的末端應(yīng)

．(2)小球a、b質(zhì)量ma、mb的大小關(guān)系應(yīng)滿足ma

mb，兩球的半徑應(yīng)滿足ra________rb.(均選填“＞”“＜”或“＝”)(3)本實(shí)驗(yàn)中小球平均落地點(diǎn)的位置距O點(diǎn)的距離如圖乙所示，小球a、b碰后的平均落地點(diǎn)依次是圖乙中的________點(diǎn)和________點(diǎn)．AC保持水平＞＝(4)在本實(shí)驗(yàn)中，驗(yàn)證動(dòng)量守恒的式子是下列選項(xiàng)中的________．A．ma·OC＝ma·OA＋mb·OBB．ma·OB＝ma·OA＋mb·OCC．ma·OA＝ma·OB＋mb·OCB