第3讲 实验：验证动量守恒定律
微知识验证动量守恒定律
方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验 (1)测质量：用天平测出滑块质量。 (2)安装：正确安装好气垫导轨。
(3)实验：接通电源，利用配套的光电计时装置测出两滑块各种情况下碰撞前后的速度(①改变滑块的质量；②改变滑块的初速度大小和方向)。 (4)验证：一维碰撞中的动量守恒。
方案二：利用等长悬线悬挂等大的小球完成一维碰撞实验。 (1)测质量：用天平测出两小球的质量m1、m2。 (2)安装：把两个等大的小球用等长悬线悬挂起来。
(3)实验：一个小球静止，拉起另一个小球，放下时它们相碰。
(4)测速度：通过测量小球被拉起的角度，从而算出碰撞前对应小球的速度，测量碰撞后小球摆起的角度，算出碰撞后对应小球的速度。 (5)改变条件：改变碰撞条件，重复实验。 (6)验证：一维碰撞中的动量守恒。
方案三：在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验。 (1)测质量：用天平测出两小车的质量。
(2)安装：将打点计时器固定在光滑长木板的一端，把纸带穿过打点计时器，连在小车的后面，在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥。
(3)实验：接通电源，让小车A运动，小车B静止，两车碰撞时撞针插入橡皮泥中，把两小车连接成一体运动。
Δx(4)测速度：通过纸带上两计数点间的距离及时间，由v＝算出速度。
Δt(5)改变条件：改变碰撞条件、重复实验。 (6)验证：一维碰撞中的动量守恒。
方案四：利用等大的小球做平抛运动完成一维碰撞实验。 (1)先用天平测出小球质量m1、m2。
1
(2)按图所示那样安装好实验装置，将斜槽固定在桌边，使槽的末端切线水平，调节实验装置使两小球碰撞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，它表示入射球m1碰前的位置。
(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，圆心就是入射球发生碰撞前的落地点P。
(6)把被碰小球放在斜槽末端上，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)过O和N在纸上作出一直线。
(8)用刻度尺量出线段OM、OP、ON的长度。把两小球的质量和相应的数值代入m1·OP＝
m1·OM＋m2·ON，看是否成立。
(9)整理实验器材放回原处。
一、思维辨析(判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。) 1．在上面的方案一中气垫导轨必须调整成水平状态。(√) 2．在上面的方案二中两小球相撞时球心应位于同一高度。(√) 3．在上面的方案四中入射小球质量应小于被撞小球质量。(×) 4．在上面的方案四中需测出桌面到水平地面的高度。(×) 二、对点微练
1．(实验原理)在做“验证动量守恒定律”实验时，入射球a的质量为m1，被碰球b的质量为m2，小球的半径为r，各小球的落地点如图所示，下列关于这个实验的说法正确的是 ( )
2
A．入射球与被碰球最好采用大小相同、质量相等的小球
B．让入射球与被碰球连续10次相碰，每次都要使入射球从斜槽上不同的位置滚下 C．要验证的表达式是m1ON＝m1OM＋m2OP D．要验证的表达式是m1OP＝m1OM＋m2ON
解析 在此装置中，应使入射球的质量大于被碰球的质量，防止入射球反弹或静止，故A项错；入射球每次滚下必须从斜槽的同一位置，保证每次碰撞都具有相同的初动量，故B项错；两球做平抛运动时都具有相同的起点，故应验证的关系式为m1OP＝m1OM＋m2ON，D项对，C项错。 答案 D
2．(数据处理)如图甲所示，在水平光滑轨道上停着甲、乙两辆实验小车，甲车系一穿过打点计时器的纸带，当甲车受到水平向右的冲量时，随即启动打点计时器。甲车运动一段距离后，与静止的乙车发生正碰并粘在一起运动。
甲
乙
纸带记录下碰撞前甲车和碰撞后两车运动情况如图乙所示，电源频率为50 Hz，则碰撞前甲车运动速度大小为________ m/s，甲、乙两车的质量之比m甲∶m乙＝________。 解析 由纸带及刻度尺可得碰前甲车的速度为 12×10v1＝ m/s＝0.6 m/s。
0.02
－3
3
碰后两车的共同速度 8×10v2＝ m/s＝0.4 m/s。
0.02由动量守恒定律有
－3
m甲v1＝(m甲＋m乙)v2。
由此得甲、乙两车的质量比
m甲v20.42＝＝＝。 m乙v1－v20.6－0.41
答案 0.6 2∶1
见学生用书P099
微考点 实验原理和数据处理
核|心|微|讲
1．在各个方案中都要求碰撞的两物体保持“水平”和“正碰”。
2．在方案四中入射小球的质量要大于被碰小球的质量，防止碰后入射小球反弹。
典|例|微|探
【例】 某同学利用打点计时器和气垫导轨做验证动量守恒定律的实验，气垫导轨装置如图甲所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成。在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔，向导轨空腔内不断通入压缩空气，空气会从小孔中喷出，使滑块稳定地漂浮在导轨上，这样就大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差。
下面是实验的主要步骤：
①安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平。 ②向气垫导轨通入压缩空气。
③把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧，将纸带穿过打点计时器和弹射架并固定在滑块1的左端，调节打点计时器的高度，直至滑块拖着纸带移动时，纸带始终在水平方向。
④使滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳。
⑤把滑块2放在气垫导轨的中间，已知碰后两滑块一起运动。
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