2025年高中物理复习讲解实验八 验证动量守恒定律.doc

实验八验证动量守恒定律

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甲所示安装实验器材。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)把被碰小球放在斜槽末端，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和被碰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·eq\o(OP,\s\up6(－))＝m1·eq\o(OM,\s\up6(－))＋m2·eq\o(ON,\s\up6(－))__，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·eq\o(OP,\s\up6(－))＝m1·eq\o(OM,\s\up6(－))＋m2·eq\o(ON,\s\up6(－))。

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】(2021·天津南开区期末)某同学利用气垫导轨做“验证动量守恒定律”的实验，气垫导轨装置如图2所示，由导轨、滑块、弹射架、光电门等组成。

图2

(1)下面是实验的主要步骤：

a.安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；

b.向气垫导轨通入压缩空气；

c.接通光电计时器(光电门)；

d.把滑块2静止放在气垫导轨的中间；

e.滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；

f.释放滑块1，滑块1通过光电门1后与左侧固定弹簧的滑块2碰撞，碰后滑块1和滑块2依次通过光电门2，两滑块通过光电门后依次被制动；

g.读出滑块通过两个光电门的挡光时间分别为滑块1通过光电门1的挡光时间Δt1＝10.01ms，通过光电门2的挡光时间Δt2＝49.99ms，滑块2通过光电门2的挡光时间Δt3＝8.35ms；

h.测出挡光片的宽度d＝5mm，测得滑块1(包括撞针)的质量为m1＝300g，滑块2(包括弹簧)质量为m2＝200g；

(2)实验中气垫导轨的作用是：A__________________________________________

____________________________________________________________________；

B__________________________________________________________________。

(3)碰撞前滑块1的速度v1为______m/s；碰撞后物体系的总动量p2＝_____kg·m·s－1。(结果保留2位有效数字)

答案(2)大大减小了滑块和导轨之间的摩擦力，从而减小了实验误差保证两个滑块碰撞前后的速度都在同一条直线上

(3)0.500.15

解析(2)实验中气垫导轨的作用有两个，一是大大减小了滑块和导轨之间的摩擦力，从而减小了实验误差，二是保证两个滑块碰撞前后的速度都在同一条直线上。

(3)碰撞前滑块1的速度为：v1＝eq\f(d,Δt1)＝eq\f(5×10－3,10.01×10－3)m/s＝0.50m/s。

碰撞后滑块1的速度为：

v2＝eq\f(d,Δt2)＝eq\f(5×10－3,49.99×10－3)m/s＝0.10m/s

滑块2的速度为：

v3＝eq\f(d,Δt3)＝eq\f(5×10－3,8.35×10－3)m/s＝0.60m/s

碰撞后物体系的总动量为

p2＝m1v2＋m2v3＝0.3×0.10kg·m/s＋0.2×0.6kg·m/s＝0.15kg·m/s。

【针对训练1】用如图3所示的装置，来完成“验证动量守恒定律”的实验。实验中使用的小球1和2半径相等，用天平测得质量分别为m1、m2，且m1m2。在木板上铺一张白纸，白纸上面铺放复写纸，记下重垂线所指的位置O。先不放小球2，使小球1从