实验：验证动量守恒定律
Revised by BETTY on December 25,2020 实验七 验证动量守恒定律
1.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′，算出碰撞前的动量p＝m1v1＋m2v2及碰撞后的动量p′＝m1v1′＋m2v2′，看碰撞前后动量是否相等.
2.实验器材
斜槽、小球(两个)、天平、直尺、复写纸、白纸、圆规、重垂线.
3.实验步骤
(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)按照如图1甲所示安装实验装置.调整、固定斜槽使斜槽底端水平.
图1
(3)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)不放被撞小球，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小球所有的落点都圈在里面.圆心P就是小球落点的平均位置.
(5)把被撞小球放在斜槽末端，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.用步骤(4)的方法，标出碰后入射小球落点的平均位置M和被撞小球落点的平均位置N.如图乙所示.
(6)连接ON，测量线段OP、OM、ON的长度.将测量数据填入表中.最后代入m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，看在误差允许的范围内是否成立.
(7)整理好实验器材，放回原处.
(8)实验结论：在实验误差允许范围内，碰撞系统的动量守恒.
1.数据处理
验证表达式：m1·OP＝m1·OM＋m2·ON
2.注意事项
(1)斜槽末端的切线必须水平；
(2)入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放；
(3)选质量较大的小球作为入射小球；
(4)实验过程中实验桌、斜槽、记录的白纸的位置要始终保持不变.
命题点一 教材原型实验
例1 如图2所示，用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系. 图2
实验：验证碰撞中的动量守恒
一、 实验目的
1、研究碰撞（对心正碰）中的动量守恒
2、培养学生的动手实验能力和探索精神
二、 实验器材
斜槽轨道（或J2135-1型碰撞实验器）、入射小球m1和被碰小球m2、天平（附砝码一套）、游标卡尺、毫米刻度尺、白纸、复写纸、圆规、小铅锤
〖点拨〗选球时应保证入射球质量m1大于被碰小球质量m2，即m1>m2，避免两球落点太近而难找落地点，避免入射球反弹的可能，通常入射球选钢球，被碰小球选有机玻璃球或硬胶木球。
球的半径要保证r1=r2（r1、r2为入射球、被碰小球半径），因两球重心等高，使碰撞前后入射钢球能恰好由螺钉支柱顶部掠过而不相碰，以免影响球的运动。
三、实验原理
由于入射球和被碰小球碰撞前后均由同一高度飞出做平抛运动，飞行时间相等，若取飞行时间为单位时间，则可用相等时间内的水平位移之比代替水平速度之比。
〖点拨〗如图所示，根据平抛运动性质，入射球碰撞前后的速度分别为v1=tOP，v1`=tOM，被碰小球碰后速度为v2`=tNOtOOON``
被碰小球碰撞前后的时间仅由下落高度决定，两球下落高度相同，时间相同，所以水平速度可以用水平位移数值表示，如图所示；v1用OP表示；v′1用OM表示，v′2用O`N表示，其中O为入射球抛射点在水平纸面上的投影，（由槽口吊铅锤线确定）O′为被碰小球抛射点在水平纸面上的投影，显然明确上述表示方法是实验成功的关键。
于是，上述动量关系可表示为：m1·OP= m1·OM+m2·(ON－2r)，通过实验验证该结论是否成立。
四、 实验步骤
（1） 将斜槽固定在桌边使末端点的切线水平。
（2） 让入射球落地后在地板上合适的位置铺上白纸并在相应的位置铺上复写纸。
（3） 用小铅锤把斜槽末端即入射球的重心投影到白纸上O点。 m1 m2
P M N 0` （4） 不放被碰小球时，让入射小球10次都从斜槽同一高度由阻止开始滚下落在复写纸上，用圆规找出落点的平均位置P点。
- 1 - 实验:验证动量守恒定律
[实验方案]
方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验
[实验器材]
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、橡皮泥等.
[实验步骤]
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(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.
[数据处理]
1.滑块速度的测量：v＝ΔxΔt，式中Δx为滑块挡光片的宽度(仪器说明书上给出，也可直接测量)，Δt为数字计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门的时间.
2.验证的表达式：m1v1＋m2v2＝m1v′1＋m2v′2.
方案二：利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律
[实验器材]
斜槽、小球(两个)、天平、复写纸、白纸等.
[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.
甲
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. - 2 - 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P就是小球落点的平均位置.
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.用步骤4的方法，标出碰后入射小球落点的平均位置M和被撞小球落点的平均位置N.如图乙所示.
乙
6.验证：连接ON，测量线段OP、OM、ON的长度.将测量数据填入表中.最后代入m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，看在误差允许的范围内是否成立.
7.结束：整理好实验器材放回原处.
[数据处理]
验证的表达式：m1·OP＝m1·OM＋m2·ON.
动量守恒的实验验证
动量守恒是物理学中的重要定律之一，它表明在一个系统内，当没有外力作用时，系统的总动量将保持不变。本文将介绍几种实验验证动量守恒的方法。
一、小球碰撞实验
1.实验目的
通过观察小球碰撞过程，验证动量守恒定律。
2.实验材料
两个相同质量的小球、平滑水平面
3.实验步骤
- 将两个小球置于水平面上，使它们保持静止。
- 以一定的速度使一个小球向另一个小球运动。
- 观察碰撞过程中两个小球的运动状态。
4.实验结果分析
如果两个小球碰撞之后静止，或者以相同的速度相背而去，那么可以得出结论：系统的总动量在碰撞过程中守恒。
二、火箭发射实验
1.实验目的 通过火箭发射实验，验证动量守恒定律。
2.实验材料
小型火箭模型、发射器、计时器
3.实验步骤
- 在室外安全的地方进行实验。
- 将火箭模型放入发射器中。
- 点燃火箭模型的发动机。
- 使用计时器记录火箭从发射器射出到完全停止的时间。
4.实验结果分析
在火箭发射过程中，如果火箭以一定的速度射出，并且在空中逐渐减速直至停止，那么可以得出结论：火箭前后的动量改变之和等于零，验证了动量守恒定律。
三、弹簧振子实验
1.实验目的
通过观察弹簧振子的运动过程，验证动量守恒定律。
2.实验材料
弹簧振子装置、标尺、计时器
3.实验步骤 - 将标尺固定在垂直方向上，用于测量振子的位移。
- 将弹簧振子拉到一定距离，释放后观察其振动过程。
- 使用计时器记录振子从一个极端位置振动到另一个极端位置的时间。
4.实验结果分析
弹簧振子在振动过程中，如果振幅和周期保持一致，可以得出结论：振子在每个极端位置的动量改变之和等于零，并验证了动量守恒定律。
综上所述，通过小球碰撞实验、火箭发射实验和弹簧振子实验，我们可以验证动量守恒定律的有效性。这些实验结果证明了在没有外力作用时，系统的总动量将保持不变的原理。对于我们理解物体运动和相互作用具有重要意义，并在工程设计和科学研究中发挥着重要作用。
