1、考情案例导析实验七验证动量守恒定律实验理论指导知能演练提升验证一维碰撞中的动量守恒。利用图实71的装置验证碰撞中的动量守恒，让一个质量较大的球从斜槽上滚下来，跟放在斜槽末端上的另一个质量较小的球发生碰撞，两球均做平抛运动。由于下落高度相同，从而导致飞行时间相等，我们用它们平抛射程的大小代替其速度。小球的质量可以测出，速度也可间接地知道，如满足动量守恒式m1v1m1v1m2v2，则可验证动量守恒定律。图实71如图实72所示，过ON在纸上作一条直线，在直线ON上用刻度尺测量线段OM、OP、ON的长度，若用小球飞行的时间做时间单位，则OP的长等于入射图实72小球在碰撞前的速度v1，OM长等于入射小球
2、碰撞后的速度v1，ON的长度等于被碰小球碰撞后的速度v2。在验证动量守恒时，只须将两个小球的质量m1、m2和相应的速度的数值代入下式中看等式是否成立？两个小球(大小相等，质量不等)，斜槽，重锤线，白纸，复写纸，天平，刻度尺，圆规。(1)用天平分别称出两个小球的质量m1和m2；(2)按图实71安装好斜槽，注意使其末端切线水平，并在地面适当的位置放上白纸和复写纸，并在白纸上记下重锤线所指的位置O点。图实73(3)首先在不放被碰小球的前提下，让入射小球从斜槽上同一位置从静止滚下，重复数次，便可在复写纸上打出多个点，用圆规作出尽可能小的圆，将这些点包括在圆内，则圆心就是不发生碰撞时入射小球的平均位置P
3、点(图实73)；(4)将被碰小球放在斜槽末端上，使入射小球与被碰小球能发生正碰；(5)让入射小球由某一固定高度从静止开始滚下，重复数次，使两球相碰，按照步骤(3)的办法求出入射球落地点的平均位置M和被碰小球落地点的平均位置N；(6)过ON在纸上做一条直线，测出OM、OP、ON的长度。(1)“水平”和“正碰”是操作中应尽量予以满足的前提条件。(2)测定两球速度的方法，是以它们做平抛运动的水平位移代表相应的速度。(3)斜槽末端必须水平，检验方法是将小球放在平轨道上任何位置，看其能否都保持静止状态。(4)入射球的质量应大于被碰球的质量。误差来源于实验操作中，两个小球没有达到水平正碰，一是斜槽不够水平
4、，二是两球球心不在同一水平面上，给实验带来误差。每次静止释放入射小球的释放点越高，两球相碰时作用力就越大，动量守恒的误差就越小。应进行多次碰撞，落点取平均位置来确定，以减小偶然误差。下列一些原因可能使实验产生误差：(1)若两球不能正碰，则误差较大；(2)斜槽末端若不水平，则得不到准确的平抛运动而造成误差；(3)O、P、M、N各点定位不准确带来了误差；(4)测量和作图有偏差；(5)仪器和实验操作的重复性不好，使得每次做实验时不是统一标准。方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验(1)测质量：用天平测出滑块质量。(2)安装：正确安装好气垫导轨。(3)实验：接通电源，给两滑块一定的初速度。让两滑块发生碰
5、撞，记录滑块上挡光片的宽度x，及每个滑块碰撞前后经过光电门的时间t。(4)改变条件：改变滑块的质量，多做几次实验。方案二：利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验(1)测质量：用天平测出两小球的质量m1、m2。(2)安装：把两个等大小球用等长悬线悬挂起来。(3)一个小球静止，拉起另一个小球，测量小球被拉起的角度。然后放开小球让它们发生碰撞，测量碰撞后小球摆起的角度。(4)改变条件：改变碰撞条件，重复几次实验。方案三：在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验(1)测质量：用天平测出两小车的质量。(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，连在小车的后面，在两小车的碰撞端分别
6、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中，使两小车连接成一体运动，碰撞完成后，取下纸带。(4)改变条件：改变碰撞条件，重复实验。例1某同学利用打点计时器和气垫导轨做验证动量守恒定律的实验。气垫导轨装置如图实74甲所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成。在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔，向导轨空腔内不断通入压缩空气，空气会从小孔中喷出，使滑块稳定地漂浮在导轨上，这样就大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差。图实7 4(1)下面是实验的主要步骤：安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；向气垫导轨通入压
7、缩空气；把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧，将纸带穿过打点计时器与弹射架并固定在滑块1的左端，调节打点计时器的高度，直至滑块拖着纸带移动时，纸带始终在水平方向；使滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；把滑块2放在气垫导轨的中间；先_，然后_，让滑块带动纸带一起运动；取下纸带，重复步骤，选出理想的纸带如图乙所示；测得滑块1的质量为310 g，滑块2(包括橡皮泥)的质量为205 g。完善实验步骤的内容。(2)已知打点计时器每隔0.02 s打一个点，计算可知两滑块作用以前系统的总动量为_kgm/s;两滑块相互作用以后系统的总动量为_kgm/s(保留三位有效数字)。(3)试说明(2)中两结果
8、不完全相等的主要原因是_ _。(3)存在误差的主要原因是纸带与打点计时器限位孔有摩擦。答案(1)接通打点计时器的电源 放开滑块1(2)0.6200.618(3)纸带与打点计时器限位孔有摩擦例2(2011北京高考)如图实75，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。图实75(1)实验中，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的。但是，可以通过仅测量_(填选项前的符号)，间接地解决这个问题。A小球开始释放高度hB小球抛出点距地面的高度HC小球做平抛运动的射程(2)图实4中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影。实验时，先让入射球m1多次从斜轨上S位置静止释放，
9、找到其平均落地点的位置P，测量平抛射程OP。然后，把被碰小球m2静置于轨道的水平部分，再将入射球m1从斜轨上S位置静止释放，与小球m2相碰，并多次重复。接下来要完成的必要步骤是_。(填选项前的符号)A用天平测量两个小球的质量m1、m2B测量小球m1开始释放高度hC测量抛出点距地面的高度HD分别找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、NE测量平抛射程OM，ON图实76(5)有同学认为，在上述实验中仅更换两个小球的材质，其他条件不变，可以使被碰小球做平抛运动的射程增大。请你用(4)中已知的数据，分析和计算出被碰小球m2平抛运动射程ON的最大值为_cm。(2)本实验要验证的是m1OMm2ONm1OP
10、，因此要测量两个小球的质量m1和m2以及它们的水平射程OM和ON，而要确定水平射程，应先分别确定两个小球落地的平均落点，没有必要测量小球m1开始释放的高度h和抛出点距地面的高度H。故应完成的步骤是ADE或DEA或DAE。答案(1)C(2)ADE 或DEA 或DAE(3)m1OMm2ONm1OPm1OM2m2ON2m1OP2(4)142.911.01(5)76.8例3 如图实7 7是用来验证动量守恒的实验装置，弹性球1用细线悬挂于O点，O点下方桌子的边沿有一竖直立柱。实验时，调节悬点，使弹性球1静止时恰与立柱上的球2接触且两球等高。将球1拉到A点，并使图实7 7之静止，同时把球2放在立柱上。释放
11、球1，当它摆到悬点正下方时与球2发生对心碰撞，碰后球1向左最远可摆到B点，球2落到水平地面上的C点。测出有关数据即可验证1、2两球碰撞时动量守恒。现已测出A点离水平桌面的距离为a、B点离水平桌面的距离为b，C点与桌子边沿间的水平距离为c。此处，(1)还需要测量的量是_、_和_。(2)根据测量的数据，该实验中动量守恒的表达式为_。(忽略小球的大小)解析(1)要验证动量守恒必须知道两球碰撞前后的动量变化，根据弹性球1碰撞前后的高度a和b，由机械能守恒可以求出碰撞前后的速度，故只要再测量弹性球1的质量m1，就能求出弹性球1的动量变化；根据平抛运动的规律只要测出立柱高h和桌面高H就可以求出弹性球2碰撞前后的速度变化，故只要测量弹性球2的质量和立柱高h、桌面高H就能求出弹性球2的动量变化。点击此图片进入“知能演练提升”
