实验8　验证动量守恒定律

4/4实验8验证动量守恒定律实验原理在一维碰撞中，测出相碰的两物体的质量m1、m2和碰撞前、后物体的速度v1、v2、v1'、v2'，算出碰撞前的动量p＝m1v1＋m2v2及碰撞后的动量p'＝m1v1'＋m2v2'，比较碰撞前、后动量是否相等实验方案实验装置实验步骤数据处理方案一：利用气垫导轨完成碰撞实验极限思想：平均速度代替瞬时速度（1）测质量：用天平分别测出两滑块的质量；（2）安装：正确安装好气垫导轨，并调整导轨；（3）测速度：计算出两滑块碰撞前、后的速度（1）滑块速度的测量：v＝dΔt，d为滑块上挡光片的宽度，Δ（2）验证：m1v1＋m2v2＝m1v1'＋m2v2'方案二：利用两辆小车在光滑长木板上的运动完成碰撞实验长木板倾斜平衡摩擦力（1）测质量：用天平分别测出两小车的质量；（2）安装：按照如图所示安装实验装置；（3）实验：接通电源，让小车A运动与静止的小车B碰撞，撞针插入橡皮泥中，两车一起运动（1）小车速度的测量：通过纸带上两计数点间的距离及时间，由v＝ΔxΔ（2）验证：m1v1＝（m1＋m2）v2方案三：利用斜槽末端小球的碰撞验证动量守恒定律同一位置由静止释放小球；斜槽不一定光滑，斜槽末端要水平（1）测质量：用天平分别测出两小球的质量，质量大的为入射小球；（2）安装：按照如图所示安装实验装置；（3）铺纸：记下重垂线所指的位置O；（4）找点：不放和放被撞小球，分别释放入射小球10次，用圆规画尽量小的圆把所有的入射小球和被撞小球的落点圈在里面，就是它们落点的平均位置（1）小球水平射程的测量：测量线段OP、OM、ON的长度。（2）验证：误差分析（1）系统误差：主要来源于实验器材及实验操作等。①碰撞是否为一维。②气垫导轨是否完全水平，小车受到长木板的摩擦力，小球受到空气阻力，入射小球的释放高度存在差异。（2）偶然误差：主要来源于质量m1、m2和碰撞前后速度（或水平射程）的测量一、教材原型实验（2025·广东高考11题）请完成下列实验操作和计算。（1）在“长度的测量及其测量工具的选用”实验中，用螺旋测微器测量小球的直径，示数如图甲所示，读数为mm。（2）实验小组利用小车碰撞实验测量吸能材料的性能，装置如图乙所示，图中轨道由轨道甲和乙平滑拼接而成，且轨道乙倾角较大。①选取相同的两辆小车，分别安装宽度为1.00cm的遮光条。②轨道调节。调节螺母使轨道甲、乙连接处适当升高，将小车在轨道乙上释放，若测得小车通过光电门A和B的，表明已平衡小车在轨道甲上所受摩擦力及其他阻力。③碰撞测试。先将小车1静置于光电门A和B中间，再将小车2在M点由静止释放，测得小车2通过光电门A的时间为t2，碰撞后小车1通过光电门B的时间为t1。若t2t1，可将两小车的碰撞视为弹性碰撞。④吸能材料性能测试。将吸能材料紧贴于小车2的前端，重复步骤③，测得小车2通过光电门A的时间为10.00ms，两车碰撞后，依次测得小车1和2通过光电门B的时间分别为15.00ms、30.00ms，不计吸能材料的质量，计算可得碰撞后两小车总动能与碰撞前小车2动能的比值为（结果保留2位有效数字）。尝试解答（2026·北京通州期中）如图甲所示，让两个小球在斜槽末端碰撞来验证动量守恒定律。（1）图甲中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影，首先，将质量为m1的小球从斜槽上的S位置由静止释放，小球落到复写纸上，重复多次。然后，把质量为m2的被碰小球置于斜槽末端，再将质量为m1的小球从S位置由静止释放，两球相碰，重复多次。分别确定平均落点，记为M、N和P（P为质量为m1的小球单独滑落时的平均落点）。图乙为实验的落点记录，简要说明如何确定平均落点；b.分别测出O点到平均落点的距离，记为OP、OM和ON。在误差允许范围内，若关系式成立，即可验证碰撞前后动量守恒。（2）受上述实验的启发，某同学设计了另一种验证动量守恒定律的实验方案。如图丙所示，用两根不可伸长的等长轻绳将两个半径相同、质量不等的匀质小球悬挂于等高的O点和O'点，两点间距等于小球的直径。将质量较小的小球1向左拉起至A点由静止释放，在最低点B与静止于C点的小球2发生正碰。碰后小球1向左反弹至最高点A'，小球2向右摆动至最高点D。测得小球1、2的质量分别为m和M，弦长AB＝l1、A'B＝l2、CD＝l3。推导说明，m、M、l1、l2、l3满足关系即可验证碰撞前后动量守恒。尝试解答二、创新拓展实验创新角度1：实验器材、方法的创新（1）利用位移传感器，测量滑块的位移（2）利用量角器测量摆线的偏角见〔典例3〕、〔典例4〕创新角度2：实验目的的创新用同一实验装置验证不同的物理规律见〔课时训练3〕（2026·陕西西安模拟）某同学使用如图甲所示的装置进行了碰撞实验，气垫导轨左侧分别安装a、b两个位移传感器，a测量滑块A与它的距离，b测量滑块B与它的距离。实验中先接通气源，调整气垫导轨水平，再向右推动A滑块，使其撞击静止的B滑块，实验完毕，电脑显示A、B的位移—时间图像，如图乙所示。（1）从图像可知两滑块碰撞后，滑块A的速度大小为m/s，方向（选填“向左”或“向右”）。（2）用天平测得滑块A质量为0.2kg，则滑块B质量应为kg。（3）该碰撞（选填“是”或“不是”）弹性碰撞。尝试解答（2025·吉林长春二模）某同学用教学用的大号量角器验证碰撞过程中动量守恒。如图所示，先将量角器固定在竖直黑板上（90°刻线沿竖直方向），再用两根长度相同的细绳，分别悬挂两个大小相同、质量分别为m1、m2的金属小球A、B（小球半径远小于细线长度），且两球并排放置。已知重力加速度大小为g。ⅰ.将A拉到细绳处于水平位置，由静止释放；ⅱ.A在最低点与B碰撞后，A向左侧弹起、B向右侧弹起；ⅲ.多次测量，记录下A弹起的最高点对应的角度平均值为α，记录下B弹起的最高点对应的角度平均值为β。（1）为实现实验