1、实验七 验证动量守恒定律板块一 主干梳理夯实基础实验原理与操作 实验原理在一维碰撞中，测出物体的质量 m 和碰撞前后物体的速度 v、v，找出碰撞前的动量pm 1v1m 2v2 及碰撞后的动量 pm 1v1m 2v2，看碰撞前后动量是否守恒。 实验器材方案一：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个) 、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥。方案二：带细绳的摆球(相同的两套 )、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等。方案三：光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个) 、天平、撞针、橡皮泥。方案四：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、刻度尺、圆规、三角板。
2、 实验步骤1方案一：利用气垫导轨验证一维碰撞中的动量守恒(1)测质量：用天平测出滑块的质量。(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( 改变滑块的质量；改变滑块的初速度大小)。(4)验证：一维碰撞中的动量守恒。2方案二：利用摆球验证一维碰撞中的动量守恒(1)测质量：用天平测出两小球的质量 m1、m 2。(2)安装：把两个等大的摆球用等长悬线悬挂起来。(3)实验：一个摆球静止，拉起另一个摆球，放下时它们相碰。(4)测速度：测量摆球被拉起的角度，从而算出碰撞前对应摆球的速度；测量碰撞后摆球摆起的角度，从而算出碰撞后对应摆球的速度
3、。(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。3方案三：利用光滑桌面上两小车相碰验证一维碰撞中的动量守恒(1)测质量：用天平测出两小车的质量 m1、m 2。(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的限位孔连在小车的后面，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，把两小车连接在一起共同运动。(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。xt(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。4方案四：利用平抛运动规律验证动
4、量守恒定律(1)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)按要求安装好实验装置，并调整斜槽使斜槽末端切线水平。(3)白纸在下，复写纸在上，在适当位置铺放好。记下重垂线所指的位置 O。(4)不放被碰小球，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 P 就是小球落点的平均位置。(5)把被碰小球放在斜槽末端，让入射小球从斜槽上同一高度自由滚下，使它们发生碰撞，重复实验 10 次。用步骤(4)的方法，标出碰后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)测量 OP、OM 、ON 的长度，在误差允许的范围内
5、，看 m1OPm 1OMm 2ON 是否成立。(7)整理好实验器材并放回原处。(8)实验结论：在误差允许的范围内，讨论碰撞系统的动量是否守恒。数据处理与分析 注意事项1前提条件：碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰” 。2方案提醒(1)若利用气垫导轨进行验证，调整气垫导轨时，应注意利用水平仪确保导轨水平。(2)若利用摆球进行验证，两摆球静止时球心应在同一水平线上，且刚好接触，摆线竖直，将摆球拉起后，两摆线应在同一竖直面内。(3)利用两小车相碰进行验证时，要注意平衡摩擦力。(4)利用平抛运动规律进行验证，安装实验装置时，应注意调整斜槽，使斜槽末端水平，且选质量较大的小球为入射小球。3探究结论：寻找
6、的不变量必须在各种碰撞情况下都不变。 误差分析1系统误差：主要来源于装置本身是否符合要求。(1)碰撞是否为一维。(2)实验是否满足动量守恒的条件，如气垫导轨是否水平，两球是否等大，长木板实验时是否平衡掉摩擦力。2偶然误差：主要来源于质量 m 和速度 v 的测量。3改进措施(1)设计方案时应保证碰撞为一维碰撞，且尽量满足动量守恒的条件。(2)采取多次测量求平均值的方法来减小偶然误差。板块二 考点细研悟法培优考点实验方案及数据处理1.实验方案方案一：利用气垫导轨和光电门完成一维碰撞。方案二：利用等长悬线挂等大小球完成一维碰撞。方案三：在光滑水平面上，利用两小车和打点计时器完成一维碰撞。方案四：利用
7、斜槽上滚下的小球与被撞小球完成一维碰撞。2数据处理(1)速度的测量方案一：滑块速度的测量：v ，式中 x 为滑块挡光片的宽度 (仪器说明书上给出，也xt可直接测量)，t 为数字计时器显示的滑块 (挡光片)经过光电门的时间。方案二：摆球速度的测量：v ，式中 h 为小球释放时(或碰撞后摆起的)高度，h 可用2gh刻度尺测量(也可由量角器和摆长计算出 )。方案三：小车速度的测量：v ，式中 x 是纸带上两计数点间的距离，可用刻度尺测量，xtt 为小车经过 x 的时间，可由打点间隔算出。方案四：测入射小球速度 v1 ，碰后入射小球速度 v1 ，被碰小球碰后速度 v2OPt OMt。ONt(2)验证的
8、表达式方案一、二、三：m 1v1m 2v2m 1v1m 2v2。方案四：m 1OPm 1OMm 2ON。例 2016长沙模拟某同学用如图甲所示的装置做“验证动量守恒定律”的实验。先将 a球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压痕，重复 10次；再把同样大小的 b 球放在斜槽轨道末端水平段的最右端静止放置，让 a 球仍从原固定点由静止开始滚下，和 b 球相碰后，两球分别落在记录纸的不同位置处，重复 10 次。(1)本实验必须测量的物理量有_。A斜槽轨道末端到水平地面的高度 HB小球 a、b 的质量 ma、m bC小球 a、b 的半径 rD小球 a、b 离开斜槽轨道末端
9、后平抛飞行的时间 tE记录纸上 O 点到 A、B 、 C 各点的距离 OA、OB、OCFa 球的固定释放点到斜槽轨道末端水平部分间的高度差 h(2)根据实验要求，m a_(填“大于” “小于”或“等于 ”)mb。(3)放上被碰小球后，两小球碰后是否同时落地？如果不是同时落地，对实验结果有没有影响？(不必做分析)_。(4)为测定未放小球 b 时，小球 a 落点的平均位置，把刻度尺的零刻度线跟记录纸上的 O 点对齐，如图乙给出了小球 a 落点附近的情况，由图可得 OB 距离应为_cm。(5)按照本实验方法，验证动量守恒的验证式是_ 。尝试解答 (1)BE (2)大于 (3)b 球先落地，对实验结果
10、无影响 (4)45.95(45.93 45.97 均正确)(5)maOBm aOAm bOC。(1)由动量守恒定律的表达式可得：m av1m av1m bv2，必须测量小球 a 和 b 的质量ma、mb，B 选项 正确；小球重心离开水平轨道开始做平抛运动，高度一定，平抛时间一定，所以可以用射程表示速度，不需要测斜槽末端到地面的高度和平抛 时间，而落点也是小球重心的位置，没必要 测小球的半径，所以 E 选项正确，A 、C、D 选项都不正确；只要保 证 a 球每次下落的高度不变就可以，不需要测出高度差 h，F 选项也错误。(2)为了防止出现 A 小球反弹的现象，必须保证 ma大于 mb。(3)b
11、球先落地，对实验结果无影响。(4)用尽量小的圆，把 a 球的落点都圈起来，圆心就是 a 球落点的平均位置为 45.95 cm。(5)设平抛时间为 t，则 v1 ，v1 ，v2 ，代入动量守恒的表达式，得OBt OAt OCtmaOB maOAm bOC。用如图所示装置探究碰撞中的不变量，质量为 mA的钢球 A 用细线悬挂于 O跟 踪 训 练 点，质量为 mB的钢球 B 放在离地面高度为 H 的小支柱 N 上，O 点到 A 球球心距离为 L，使悬线在 A 球释放前伸直，且线与竖直方向的夹角为 ，A 球释放后摆到最低点时恰好与B 球正碰，碰撞后，A 球把轻质指示针 OC 推移到与竖直方向夹角为 处
12、，B 球落到地面上，地面上铺一张盖有复写纸的白纸 D，保持 角度不变，多次重复上述实验，白纸上记录到多个 B 球的落点。(1)图中 s 应是 B 球初始位置到_的水平距离。(2)实验中需要测量的物理量有哪些？(3)实验中需要验证的关系式是怎样的？答案 (1)落地点 (2) L、H、s、m A、m B(3)mA m A m Bs2gL1 cos 2gL1 cosg2H解析 由机械能守恒定律可知 A 球下摆的过程有：m AgL(1cos) mAv ，则 A 球向下摆12 2A到与 B 球相碰前的速度为 vA 。碰后 A 球的速度 vA ，碰2gL1 cos 2gL1 cos后 B 球做平抛运动 vB s 。在碰撞中物体质量与速度的乘积之和不变，则sts2Hg g2HmAvAm AvAm BvB。故有 mA m A m Bs 。2gL1 cos 2gL1 cosg2H
