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.
实验：验证动量守恒定律
第一课时：实验准备课
一、学生预习课文P193验证动量守恒定律。
二、预习过程中讨论解决以下思考题，教师巡回辅导。
三、用实物投影仪出示本实验思考题：
1、验证碰撞中的动量守恒，需要验证什么关系式？测量困难是什么？
2、该实验中为什么要使两个小球在空中“水平对心碰撞”？实现了“水平对心碰撞”时，球的落点是怎样的？采用水平对心碰撞后，验证动量守恒，变成验证什么关系式？测量哪些量？
3、固定斜槽时应注意什么？怎样判定槽口是否水平？被碰小球和入射小球的质量应满足什么关系？为什么需要这样？如果按课本要求把被磁小球放在小支柱上，调节支柱位置的高度的标准是什么？
4、为什么小球每次都要从同一点滚下，怎样保证每次从同一点滚下？
5、入射小球的射程、被碰小球的射程分别是多少？如何表示？起点、终点分别在什么位置？
6、点O的位置怎样确定？点P、M、N的位置怎样确定？什么是“落点的平均位置”？
7、地面上铺几层纸？依什么次序？在实验过程中纸能否移动？
8、如果不用支柱，被碰小球在被碰前放在槽口，验证动量守恒的关系式是怎样的？测量哪些量？射程起点和终点各在什么位置？
四、实验思考题讨论结束后，教师总结本实验的几个问题：
（一）实验目的：验证动量守恒定律
（二）实验装置：
（三）实验器材
斜槽、两个大小相同但质量不同的小球、天平、刻度尺、白纸、复写纸、游标卡尺
学生总结实验步骤：
1、用天平称出两个小球的质量m1、m2，用游标卡尺测出小球的半径r0。
2、将斜槽固定在桌边，使槽的末端点切线是水平的，被碰小球放在斜槽前边的小支柱上，调节实验装置，使两球相平碰是埏于同一高度，以保证它们碰撞后的速度方向都在同一条水平直线上。
3、在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸，当小球落在复写纸上时，便在白纸上留下了球落地的痕迹，以便记录小球飞出的水平距离，在白纸上记下重锤线所指的位置O，它表示碰撞时小球的球心在纸上的垂直投影。
