实验：验证动量守恒定律
实验：验证动量守恒定律
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·ON2.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(1)实验中直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的，但可以通过仅测量(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，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(3)经测定，m1＝ g，m2＝ g，小球落地点的平均位置距O点的距离如图3所示.碰撞前后m1的动量分别为p1与p1′，则p1∶p1′＝∶11；若碰撞结束时m2的动量为p2′，则p1′∶p2′＝11∶ .实验结果说明，碰撞前后总动量的比值p1p 1′＋p2′＝ .图3(4)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(3)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.答案(1)C (2)ADE (3)14 (4)解析(1)小球碰前和碰后的速度都用平抛运动来测定，即v＝xt.而由H＝12gt2知，每次竖直高度相等，所以平抛时间相等，即m1OPt＝m1OMt＋m2ONt，则可得m1·OP＝m1·OM＋m2·ON.故只需测射程，因而选C.(2)由表达式知：在OP已知时，需测量m1、m2、OM和ON，故必要步骤有A、D、E.(3)p 1＝m 1·OP t ，p 1′＝m 1·OM t联立可得p 1∶p 1′＝OP ∶OM ＝∶＝14∶11，p 2′＝m 2·ONt则p 1′∶p 2′＝(m 1·OM t )∶(m 2·ONt)＝11∶ 故p 1p 1′＋p 2′＝m 1·OPm 1·OM ＋m 2·ON≈(4)其他条件不变，使ON 最大，则m 1、m 2发生弹性碰撞，则其动量和能量均守恒，可得v 2＝2m 1v 0m 1＋m 2而v 2＝ON t ，v 0＝OP t故ON ＝2m 1m 1＋m 2·OP ＝错误!× cm≈ cm.变式1 在“验证动量守恒定律”的实验中，已有的实验器材有：斜槽轨道、大小相等质量不同的小钢球两个、重垂线一条、白纸、复写纸、圆规.实验装置及实验中小球运动轨迹及落点的情况简图如图4所示.图4试根据实验要求完成下列填空： (1)实验前，轨道的调节应注意 .(2)实验中重复多次让a 球从斜槽上释放，应特别注意 . (3)实验中还缺少的测量器材有 . (4)实验中需要测量的物理量是 . (5)若该碰撞过程中动量守恒，则一定有关系式 成立.答案 (1)槽的末端的切线是水平的 (2)让a 球从同一高处静止释放滚下 (3)天平、刻度尺 (4)a 球的质量m a 和b 球的质量m b ，线段OP 、OM 和ON 的长度 (5)m a ·OP ＝m a ·OM ＋m b ·ON解析(1)由于要保证两球发生弹性碰撞后做平抛运动，即初速度沿水平方向，所以必需保证槽的末端的切线是水平的.(2)由于实验要重复进行多次以确定同一个弹性碰撞后两小球的落点的确切位置，所以每次碰撞前入射球a的速度必须相同，根据mgh＝12mv2可得v＝2gh，所以每次必须让a球从同一高处静止释放滚下.(3)要验证m a v0＝m a v1＋m b v2，由于碰撞前后入射球和被碰球从同一高度同时做平抛运动的时间相同，故可验证m a v0t＝m a v1t＋m b v2t，而v0t＝OP，v1t＝OM，v2t＝ON，故只需验证m a·OP＝m a·OM＋m b·ON，所以要测量a球的质量m a和b球的质量m b，故需要天平；要测量两球平抛时水平方向的位移即线段OP、OM和ON的长度，故需要刻度尺.(4)由(3)的解析可知实验中需测量的物理量是a球的质量m a和b球的质量m b，线段OP、OM和ON的长度.(5)由(3)的解析可知若该碰撞过程中动量守恒，则一定有关系式m a·OP＝m a·OM＋mb·ON.命题点二实验方案创新创新方案1：利用气垫导轨1.实验器材：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个)、弹簧片、胶布、撞针、橡皮泥等.2.实验方法(1)测质量：用天平测出两滑块的质量.(2)安装：按图5安装并调好实验装置.图5(3)实验：接通电源，利用光电计时器测出两滑块在各种情况下碰撞前、后的速度(例如：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.例2(2014·新课标全国卷Ⅱ·35(2))现利用图6(a)所示的装置验证动量守恒定律.在图(a)中，气垫导轨上有A、B两个滑块，滑块A右侧带有一弹簧片，左侧与打点计时器(图中未画出)的纸带相连；滑块B左侧也带有一弹簧片，上面固定一遮光片，光电计时器(未完全画出)可以记录遮光片通过光电门的时间.图6实验测得滑块A 的质量m 1＝ kg ，滑块B 的质量m 2＝ kg ，遮光片的宽度d ＝ cm ；打点计时器所用交流电的频率f ＝ Hz.将光电门固定在滑块B 的右侧，启动打点计时器，给滑块A 一向右的初速度，使它与B 相碰.碰后光电计时器显示的时间为Δt B ＝ ms ，碰撞前后打出的纸带如图(b)所示.若实验允许的相对误差绝对值(⎪⎪⎪⎪⎪⎪碰撞前后总动量之差碰前总动量×100%)最大为5%，本实验是否在误差范围内验证了动量守恒定律写出运算过程. 答案 见解析解析 按定义，滑块运动的瞬时速度大小v 为v ＝ΔsΔt①式中Δs 为滑块在很短时间Δt 内走过的路程 设纸带上相邻两点的时间间隔为Δt A ，则 Δt A ＝1f＝ s②Δt A 可视为很短.设滑块A 在碰撞前、后瞬时速度大小分别为v 0、v 1. 将②式和图给实验数据代入①式可得v 0＝ m/s③ v 1＝ m/s④设滑块B 在碰撞后的速度大小为v 2，由①式有v 2＝d Δt B⑤ 代入题给实验数据得v 2≈ m/s⑥设两滑块在碰撞前、后的动量分别为p 和p ′，则p ＝m 1v 0⑦p′＝m1v1＋m2v2⑧两滑块在碰撞前、后总动量相对误差的绝对值为δp ＝⎪⎪⎪⎪⎪⎪p－p′p×100%⑨联立③④⑥⑦⑧⑨式并代入有关数据，得δp≈%<5%因此，本实验在允许的误差范围内验证了动量守恒定律.创新方案2：利用等长的悬线悬挂等大的小球1.实验器材：小球两个(大小相同，质量不同)、悬线、天平、量角器等.2.实验方法(1)测质量：用天平测出两小球的质量.(2)安装：如图7所示，把两个等大的小球用等长的悬线悬挂起来.图7(3)实验：一个小球静止，将另一个小球拉开一定角度释放，两小球相碰.(4)测速度：可以测量小球被拉起的角度，从而算出碰撞前对应小球的速度，测量碰撞后小球摆起的角度，算出碰撞后对应小球的速度.(5)改变条件：改变碰撞条件，重复实验.(6)验证：一维碰撞中的动量守恒.例3如图8所示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点下方桌子的边缘有一竖直立柱.实验时，调节悬点，使弹性球1静止时恰与立柱上的球2右端接触且两球等高.将球1拉到A点，并使之静止，同时把球2放在立柱上.释放球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.此外：图8(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)答案(1)弹性球1、2的质量m1、m2立柱高h桌面离水平地面的高度H(2)2m1a－h＝2m1b－h＋m2cH＋h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和桌面离水平地面的高度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m2和立柱高h、桌面离水平地面的高度H就能求出弹性球2的动量变化.(2)根据(1)的解析可以写出动量守恒的方程2m1a－h＝2m1b－h＋m2cH＋h.创新方案3：利用光滑长木板上两车碰撞1.实验器材：光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥、小木片.2.实验方法(1)测质量：用天平测出两小车的质量.(2)安装：如图9所示，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，连在小车甲的后面，在甲、乙两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥.长木板下垫上小木片来平衡摩擦力.图9(3)实验：接通电源，让小车甲运动，小车乙静止，两车碰撞时撞针插入橡皮泥中，两小车连接成一体运动.(4)测速度：可以测量纸带上对应的距离，算出速度.(5)改变条件：改变碰撞条件，重复实验.(6)验证：一维碰撞中的动量守恒.例4某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞过程中不变量的实验：在小车甲的前端粘有橡皮泥，推动小车甲使之做匀速直线运动.然后与原来静止在前方的小车乙相碰并粘合成一体，而后两车继续做匀速直线运动，他设计的具体装置如图10所示.在小车甲后连着纸带，打点计时器的打点频率为50 Hz，长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力.图10(1)若已得到打点纸带如图11所示，并测得各计数点间距并标在图上，A为运动起始的第一点，则应选段计算小车甲的碰前速度，应选段来计算小车甲和乙碰后的共同速度(以上两格填“AB”“BC”“CD”或“DE”).图11(2)已测得小车甲的质量m甲＝ kg，小车乙的质量m乙＝ kg，由以上测量结果，可得碰前m甲v甲＋m乙v乙＝kg·m/s；碰后m甲v甲′＋m乙v乙′＝kg·m/s.(3)通过计算得出的结论是什么答案(1)BC DE(2) (3)在误差允许范围内，碰撞前后两个小车的mv之和是相等的.解析(1)观察打点计时器打出的纸带，点迹均匀的阶段BC应为小车甲与乙碰前的阶段，CD段点迹不均匀，故CD应为碰撞阶段，甲、乙碰撞后一起匀速直线运动，打出间距均匀的点，故应选DE段计算碰后共同的速度.(2)v甲＝xBCΔt＝ m/s，v′＝xDEΔt＝ m/sm甲v甲＋m乙v乙＝kg·m/s碰后m甲v甲′＋m乙v乙′＝(m甲＋m乙)v′＝×kg·m/s＝kg·m/s.(3)在误差允许范围内，碰撞前后两个小车的mv之和是相等的.。
1.4实验：验证动量守恒定律
A
C
B
(4)在本实验中，验证动量守恒的式子是下列选项中的________．
A．ma·OC＝ma·OA＋mb·OB
B．ma·OB＝ma·OA＋mb·OC
C．ma·OA＝ma·OB＋mb·OC
【解析】：(1)小球离开轨道后应做平抛运动，所以在安装实验器材时斜槽的末
个计数点，已将各计数点之间的距离标在图乙上。
（1）图中数据有AB、BC、CD、DE四段，计算小车P碰撞前的速度大小，则应选 BC 段；计
算小车P和Q碰后的速度大小应选 DE 段。（选填“AB”、“BC”、“CD”或“DE”）
（2）测得小车P的质量m1 ＝0.4kg，小车Q的质量m2＝0.2kg，根据纸带数据，碰前两小车的
端必须保持水平，才能使小球做平抛运动．
(2)为防止在碰撞过程中入射小球被反弹，入射小球a的质量ma应该大于被碰小球
b的质量mb.为保证两个小球的碰撞是对心碰撞，两个小球的半径应相等．
(3)由题图甲所示装置可知，小球a和小球b相碰后，根据动量守恒和能量守恒可
知小球b的速度大于小球a的速度．由此可判断碰后小球a、b的落点位置分别为A点、
C.测量抛出点距地面的高度H
D.分别找到小球m1、小球m2相碰后平均落地点的位置M、N
E.测量平抛射程OM、ON
【答案】：(1)C (2)ADE
(1)小球碰前和碰后的速度都用平抛运动来测量，即v＝ x
t
OM
＝ 1 gt2知，每次竖直高度相等，平抛时间相等．即m1 t ＝m1 ON＋m2
t
2
可得m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，故只需测射程，C项正确．
16 实验：验证动量守恒定律
S=2m
4.平直的轨道上有一节车厢，车厢以 12m/s的速度 做匀速直线运动，某时刻与一质量为其一半的静 止的平板车挂接时，车厢顶边缘上一个小钢球向 前滚出，如图所示，平板车与车厢顶高度差为 1.8m ，设平板车足够长，求钢球落在平板车上何 处？（g取10m/s2）
v0
2.4m
作业
一质量为m、两端有挡板的小车静止在光滑水平面上， 两挡板间距离为1.1m，在小车正中放一质量为m、 长度为0.1m的物块，物块与小车间动摩擦因数 μ =0.15。如图示。现给物块一个水平向右的瞬时 冲量，使物块获得v0 =6m/s的水平初速度。物块 与挡板碰撞时间极短且无能量损失。求： ⑴小车获得的最终速度； ⑵物块相对小车滑行的路程； ⑶物块与两挡板最多碰撞了多少次； ⑷物块最终停在小车上的位置。
【误差分析】
本处主要探讨因操作不规范等引起的偶然误差。 1．斜槽末端若不水平，则得不到准确的平抛运动 而造成误差； 2．若两球不能正碰，则误差较大； 3．O、P、M、N各点定位不准确带来了误差；
1
当堂训练
4 4
AC
2..如右图所示，利用在“碰撞验证动量守恒”的实验中，
让质量为m1的小球从斜面上某处自由滚下，与静止在支
(3)实验中必须测量的量是（ＡＢＦＧ）
Ａ.小球的质量m1和m2B.小球半径R1和R2 C.桌面离地的高度Ｈ D.小球起始高度 Ｅ.从两球相碰撞到两球落地的时间\ Ｆ.小球m1单独滚下的水平距离\ Ｇ.两小球m1和m2相碰后飞出的水平距离\ (4)两球作弹性碰撞时，只要存在 就可验证 动量守恒定律． m1OP=m1OM+m2O′N
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，便在白纸上留下了小球落 地的痕迹．
动量守恒的实验验证
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。
第5节 实验：验证动量守恒定律
（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1
0次。用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面。圆心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
（同步骤（4）中的高度）自由滚下，使它们发生碰撞，重复实验10次。用步骤（4）
三、注意事项
1.前提条件：碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”。
2.案例提醒
水平
（1）若利用气垫导轨进行验证，调整气垫导轨时，应确保导轨______。
（2）若利用平抛运动规律进行验证：
①斜槽末端的切线必须水平；
同一高度
②入射小球每次都必须从斜槽__________由静止释放；
大
③选质量较____的小球作为入射小球；
1
1 02
2
1
2
联立解得 1
2
1
2
2 −1
，代入数据可得 1
21
2
= 1 12 + 2 22
=
= 0.34。
【视角2】 研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
例2 用如图甲所示装置研究两个半径相同的小球在轨道水平部分
碰撞前后的动量关系。
AC
（1）关于本实验，下列说法中正确的是_____。
是否为弹性碰撞。完成下列填空：
（1）调节导轨水平；
（2）测得两滑块的质量分别为0.510 kg和0.304 kg。要使碰撞后两滑块运动方向相反，
0.304
应选取质量为______kg的滑块作为；
[解析] 用质量较小的滑块碰撞质量较大的滑块，碰后运动方向相反，故选质量为
0.304 kg的滑块作为A。
第4节 实验：验证动量守恒定律
1.找一个碰撞过程，设计实验装置
2.设法测量出碰撞前后系统的动量
3.比较前后动量的大小关系
4.处理数据并得出结论
第4节 实验：验证动量守恒定律
目录
方案一：气垫导轨法
方案二：打点计时器法
方案三：单摆法
方案四：抛体法
一、气垫导轨法
1.天平测质量m
2.光电门测速度V
(1)用图中所示各个物理量的符号表示碰撞前后A、B
两球的速度(设A、B两球碰前的速度分别为vA、vB，
碰后速度分别为vA′、vB′)，则vA＝________________，
( − )
vA′＝________________，
( − ) vB＝____，
0 vB′＝__________。
【典例1】在“验证动量守恒定律”实验中常会用到气垫导轨，导轨与滑块
之间形成空气垫，使滑块在导轨上运动时几乎没有摩擦。现在有滑块A、B
和带竖直挡板C、D的气垫导轨，用它们验证动量守恒定律，实验装置如图
所示(弹簧的长度忽略不计)。采用的实验步骤如下：
a．用天平分别测出滑块A、B的质量mA、mB；
b．调整气垫导轨使之水平；
3.列表处理数据
注意：导轨一定保持水平
质
量
速
度
mv
碰撞前
m1
m2
m1
m2
v1
v1’
v2’
v2
m1v1+m2v2
碰撞后
m1v1’+m2v2’
一、气垫导轨法
1.天平测质量m
2.光电门测速度V
3.列表处理数据
①在两车碰撞处加轻弹簧，使
实验：验证动量守恒定律ppt课件
；
(2)第一次实验数据不理想，你认为下列哪些同学的说法有道理 ；
A．小刘认为：把水平轨道左侧略微垫高一点，使得滑块在水平轨道上做匀
速直线运动
B．小李认为：测量位移时，A、B滑块都应该读右侧面所对的位置坐标
C．小王认为：读A、B滑块左侧面所对的位置坐标
D．小张认为：读滑块A右侧面的位置坐标，读滑块B左侧面的位置坐标
端必须水平、每次必须从同一个高度静止释放小球、为使小球碰后不反弹，
则实验中两个小球的质量应满足m₁ > m₂，轨道光滑与否对实验无影响。
故选ABC。
课堂反馈
（3）[1]碰前的动量为1 = 1 1 = 1
碰后的动量之和为2 = 1 ′1 + 2 ′2 =
1
+
2
3、实验数据记录与处理
比较项
质量
时间
前
m1
θ1
4、实验结论
m1 1 cos m1 m2 1 cos
后
m2
β1
m1
θ2
m2
β2
结论:碰撞前两小球的
动量之和等于碰撞后两
小球的动量之和。
六、实验方案
方案四：用打点计时器验证动量守恒
1、实验器材
2、设计思路
（1）如何调节使该实验装置动量守恒？
见解。
一、驱动问题
向一边拉扯小球，
从静止释放小球和V形滑
片车。观察小车在小球
的反复敲击下能否持续
向一侧不断前进呢。如
果不能，能解释为什么
吗？我们可以怎么去验
证碰撞过程动量的守恒
量呢？
怎样操作，才会让小车持续向一侧运动下去呢？
1.6实验：验证动量守恒定律
例：气垫导轨是常用的一种实验仪器。如
图所示，我们可以用带竖直挡板C 和D 的
气垫导轨以及滑块 A 和B 来验证动量守
恒定律，实验装置如图所示(弹簧的长度
忽略不计)，采用的实验步骤如下：
①安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋 钮，使导轨水平； ②向气垫导轨通入压缩空气；
③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，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；
④使滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；
⑤把滑块2放在气垫导轨的中间； ⑥先__________，然后__________，让
• 8.将各测量值代入p=m1 OP， p′=m1 OM +m2 ON ，看碰前、碰后系统 总动量是否相等,得出结论.
小球碰撞前后三个落点的位置
某同学用如图所示的装置通过半径相同的A、
B两球的碰撞来验证动量守恒定律.图中PQ
是斜槽，QR为水平槽，O点是水平槽的末
端R在记录纸上的竖直投影点.实验时先使A
号、③号位置.其中米尺水平放置，且平行于G、R、O
所在的平面，米尺的零点与O点对齐.则
• (1)以上记录的①号、 ②号、③号位置分别 在 、 、 .(选填“甲”、 “乙”、“丙”)
(2)若球在甲、乙、丙处 落地痕迹如图 (甲)、 (乙)、(丙)所示，则未 碰撞的A球落下水平 射程应为 45.6 cm, 发 生碰撞的A、B球水平 射程应分别为 17.2cm、 cm. 64.7cm
• 2.将斜槽固定在桌边，使斜槽末端切线水平，
验证动量守恒定律
【例2】 验证动量守恒定律的实验中,入射
小球在斜槽上释放点的高低对实验影响的
说法中,正确的是( C )。
A.释放点越低,小球受阻力越小,入射小球速度越小,误差越小
B.释放点越低,两球碰后水平位移越小,水平位移测量的相对误差 越小,两球速度的测量越准确 C.释放点越高,两球相碰时,相互作用的内力越大,碰撞前后动量之 差越小,误差越小 D.释放点越高,入射小球对被碰小球的作用力越大,轨道对小球的 阻力越小
由平抛规律可知：水平位移s＝v０ t， 在t相同时有v０和s成正比，因 而只要让小球分别以v１、v１／、 v２／做平抛运动且抛出点高度相 同，相应的水平位移分别为s１、s １／、s２／，则有：
m１s１＝m１s１／＋m２s２／ ―――②
三、实验器 材
碰撞实验器（斜槽轨道、质量不 同而大小相同的两个小球）、天 平（附砝码）刻度尺、重垂线、 白纸、复写纸、圆轨、压块、游 标卡尺等。
球碰前速度的大小,与是否有利于满足动量守恒定律的条件无关,
且碰后两球水平位移过小,反而容易增大测量时的相对误差。选
项D中,轨道对被碰小球的阻力大小,与入射球释放点高低无关系,
所以A、B、D均错。
答案： C
作业：
1、认真完成实验操作，做好记录。 2、完成实验报告册。
Hale Waihona Puke 四、实验步骤1.先用天平测出小球质量m1、m2。
2.按如图所示安装好实验装置,将斜槽固定在桌边 ,使槽的末端点切线水平,调节实验装置使两小球 碰时处于同一水平高度,且碰撞瞬间入射小球与 被碰小球的球心连线与轨道末端的切线平行,以 确保正碰后的速度方向水平。
3.在地上铺一张白纸,在白纸上铺复写 纸。
六、误差分析
1.系统误差:主要来源于装置本身是否符合要求, 即: (1)碰撞是否为一维碰撞; (2)实验是否满足动量守恒的条件,如气垫导轨是 否水平,两球是否等大。
实验 验证动量守恒定律
若能测出 m1、m2 及 OP、OM 和 ON 并代入上式，即可验证碰撞中动量是否守恒。
（3）实验步骤 ①用天平测出小球质量 m1、m2。 ②按图中那样安装好实验装置，斜槽固定在桌边，使槽的末端点切线水平，把被碰小球
放在斜槽末端处，调节实验装置使两小球碰撞时处于同一水平高度．且碰撞瞬间，入射球与 被碰球的球心连线与轨道末端的切线平行，以确保正碰后的速度方向水平。
说明：一个小球静止，将另一个小球拉开一定角度释放，让两小球相碰。可以测量小球 被拉起的角度，从而算出碰撞前对应小球的速度，测量碰撞后小球摆起的角度，算出碰撞后 对应小球的速度，再用天平测出两小球的质量，就可以验证碰撞中的动量守恒。
为了保证是一维碰撞，采用等长双线摆，这样可以保证两球碰撞前后在同一竖直平面上 运动。
实验 验证动量守恒定律
Байду номын сангаас
（1）实验器材 斜槽、半径相等质量不同的小钢球两个、重锤线、白纸、复写纸、天平、刻度尺、圆规、
三角板。
（2）实验原理 如图所示，让质量较大的小球 m1 与质量较小的小球 m2 正碰，若碰前 m1 运动，m2 静
止，根据动量守恒定律应有
m1v1 m1v1 m2v2
小球从斜槽上滚下后做平抛运动，其水平速度等于水平位移和运动时间的比，只要小 球下落的高度相同，各小球运动时间就相同，则它们的水平位移之比等于它们的水平速度之 比，则动量守恒时有
实验器材：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个)、弹簧片、胶布、撞针、橡皮泥 等．
说明：利用配套的光电计时装置，通过改变滑块的质量以及改变滑块的初速度大小和方 向，验证两滑块在各种情况下碰撞前后动量守恒。
方案二：利用单摆验证动量守恒定律 实验器材：两等长的双线摆、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等。
实验：验证动量守恒定律(高中物理教学课件)
角（α、β），若满足：
m1v1 m1v1'm2v2 '
m1 2gL（1 cos） m1 2gL（1 cos） m2 2gL（1 cos ）
m1
（1
cos）
m1
（1
cos
）
m2
（1
cos
）
则动量守恒。
典型例题
例1.如图甲，长木板的一端垫有小木块，可以微调木板的倾斜程 度，以平衡摩擦力，使小车能在木板上做匀速直线运动。小车A
祝你学业有成
2024年4月28日星期日8时27分12秒
OP OM ON
测量OP，OM，ON距离，若满足 量守恒。
m1 t m1 即：m1OP
t m2 t m1OM m2 ON
，则动
方案二.斜槽小球
如图若斜槽带支架，m1和m2由于不是同一个地方 做一平抛运动，验证动量守恒定律的表达式应为：
m1
OP t
m1
OM t
m2
O' N t
，即：m1
前端贴有橡皮泥，后端连一打点计时器纸带，接通打点计时器电 源后，让小车A以某速度做匀速直线运动，与置于木板上静止的 小车B相碰并粘在一起，继续做匀速直线运动。打点计时器电源频 率为50Hz，得到的纸带如图乙所示，已将各计数点之间的距离标 在图上。
（1）图中的数据有AB、BC、CD、DE四段，计算小车A碰撞前的
方案一.气垫导轨
测质量：天平 测速度：d/Δt
选取两个质量不同的滑块， 在两个滑块相互碰撞的端面 装上弹性碰撞架，滑块碰撞 后随即分开。
m1
m2
若满足： m1
d t1
m2
d t2
m1
d t1 '
力学实验验证动量守恒定律
力学实验验证动量守恒定律动量守恒定律是力学领域中的重要定律之一，它描述了一个封闭系统中的总动量是恒定不变的。
我们可以通过一系列的力学实验来验证这个定律。
实验一：弹球撞击在这个实验中，我们可以选择一个平滑的水平面和两个大小相同的弹性球。
首先，我们以一定速度将一个弹性球A沿水平面运动，并保持另一个球B静止。
当球A撞击到球B时，我们可以观察到球A会停下来，并且球B会开始以相同的速度进行运动。
根据动量守恒定律，如果我们将弹性球A和弹性球B视为一个封闭系统，那么撞击前后总动量应该保持恒定。
在这个实验中，球A的动量在撞击前是$m_av_a$，撞击后是$m_av_a$，而球B的动量在撞击前是0，在撞击后是$m_bv_b$。
因此，根据动量守恒定律的数学表达式，我们有$m_av_a + 0 = m_av_a + m_bv_b$。
由于球A和球B的质量和速度在实验中是一定的，根据实验结果，我们可以验证动量守恒定律的成立。
实验二：火箭发射在这个实验中，我们可以使用一个小型的水箭模型。
首先，我们在水箭上装满压缩空气。
当我们打开气阀时，空气会从箭头处射出，并且由反冲作用产生推动力。
我们可以观察到，当箭头喷出气体的速度越快，箭身向相反方向运动的速度越大。
根据动量守恒定律，当气体从箭头射出时，箭头和箭身构成了一个封闭系统。
在这个实验中，箭身的质量和速度在反冲作用前是0，在反冲作用后是$m_cv_c$；而箭头射出气体的质量在反冲作用前是$m_d$，在反冲作用后是0。
根据动量守恒定律的数学表达式，我们有$0 +m_dv_d = 0 + m_cv_c$。
通过观察箭身和箭头运动的速度，并知道箭身质量与箭头射出气体质量的比例，我们可以验证动量守恒定律的有效性。
实验三：碰撞车碰撞车实验是一种经典的力学实验，可以直观地演示动量守恒定律。
在这个实验中，我们可以使用两个金属车轮，每个车轮上都有一个金属球。
当一个金属球以一定的速度撞向另一个金属球时，我们可以观察到两个金属球会反弹，并且各自以相同的速度向相反方向运动。
动量守恒定律的实验验证
动量守恒定律的实验验证动量守恒定律是物理学中的一个基本定律，它描述了相互作用系统中的动量的守恒。
通过进行实验验证可以进一步确认这一定律的准确性和适用范围。
本文将就动量守恒定律的实验验证进行探讨。
实验一：碰撞实验在物理实验中，碰撞实验是验证动量守恒定律的常见方法之一。
我们可以通过利用弹性碰撞和完全非弹性碰撞这两种不同类型的碰撞来进行验证。
在弹性碰撞实验中，我们可以设定两个物体的初速度和质量，并观察它们碰撞后的速度变化。
根据动量守恒定律，碰撞前后系统的总动量应该保持不变。
我们可以使用动量守恒定律的数学表达式来计算和比较碰撞前后的动量总和。
在非弹性碰撞实验中，我们可以使用两个粘在一起的物体作为实验样本，使其发生碰撞后，观察它们的速度变化情况。
同样地，根据动量守恒定律，碰撞前后系统的总动量应该保持不变。
通过实验数据的比对，可以验证动量守恒定律的准确性。
实验二：炮弹射击实验炮弹射击实验是另一种验证动量守恒定律的方法。
通过设计一个简单的弹射装置，可以实现炮弹的射击，并观察射击前后系统的动量变化。
在这个实验中，我们可以先测量炮弹的质量，并设定初始速度和角度。
通过追踪炮弹的飞行轨迹和测量射击后的速度和角度，我们可以计算和比较射击前后系统的总动量。
实验三：橡皮球反弹实验橡皮球反弹实验是验证动量守恒定律的另一个常见方法。
在这个实验中，我们可以将橡皮球从一定高度自由下落，并观察当橡皮球碰撞地面后的反弹高度。
根据动量守恒定律，橡皮球下落前的动能应该转化为反弹后的动能，而动量守恒定律则可以用来计算这一转化过程中的动量变化。
通过测量橡皮球的下落高度和反弹高度，我们可以验证动量守恒定律在这个实验中的适用性。
通过以上实验的验证，我们可以得出结论：动量守恒定律在碰撞实验、炮弹射击实验和橡皮球反弹实验中都得到了验证。
这证明了动量守恒定律在不同实验条件下的有效性和准确性。
总结：通过碰撞实验、炮弹射击实验和橡皮球反弹实验的验证，我们可以得出结论：动量守恒定律适用于不同类型的相互作用系统中，无论是弹性碰撞还是非弹性碰撞。
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2020年高考物理备考：专题练习卷---实验：验证动量守恒定律1．如图甲所示，在水平光滑轨道上停着甲、乙两辆实验小车，甲车系一穿过打点计时器的纸带，启动打点计时器甲车受到水平向右的冲量。
运动一段距离后，与静止的乙车发生正碰并粘在一起运动。
纸带记录下碰撞前甲车和碰撞后两车运动情况如图乙所示，电源频率为50 Hz ，则碰撞前甲车运动速度大小为________ m/s ，甲、乙两车的质量比m 甲∶m 乙＝________。
【答案】0.6 2∶1【解析】由纸带及刻度尺可得碰前甲车的速度为v 1＝12×10－30.02m/s ＝0.6 m/s 碰后两车的共同速度v 2＝8×10－30.02m/s ＝0.4 m/s 由动量守恒定律有m 甲v 1＝(m 甲＋m 乙)v 2由此得甲、乙两车的质量比m 甲m 乙＝v 2v 1－v 2＝0.40.6－0.4＝21 2．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，使滑块稳定地飘浮在导轨上，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。
(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；∶向气垫导轨空腔内通入压缩空气；∶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和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，计算可知两滑块相互作用以前系统的总动量为________ kg·m/s ；两滑块相互作用以后系统的总动量为________ kg·m/s(保留三位有效数字)。
(3)试说明(2)中两结果不完全相等的主要原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
【答案】答案：(1)接通打点计时器的电源放开滑块1 (2)0.620 0.618 (3)纸带与打点计时器的限位孔间有摩擦【解析】(1)实验时应先接通打点计时器的电源，再放开滑块1。
(2)作用前滑块1的速度v 1＝0.20.1m/s ＝2 m/s ，系统的总动量为0.310 kg×2 m/s ＝0.620 kg·m/s ，两滑块相互作用后具有相同的速度v ＝0.1680.14m/s ＝1.2 m/s ，系统的总动量为(0.310 kg ＋0.205 kg)×1.2 m/s ＝0.618 kg·m/s 。
(3)存在误差的主要原因是纸带与打点计时器限位孔间有摩擦。
3．某同学设计了一个用电磁打点计时器验证动量守恒定律的实验：在小车A 的前端粘有橡皮泥，推动小车A 使之做匀速直线运动，然后与原来静止在前方的小车B 相碰并粘合成一体，继续做匀速直线运动。
他设计的装置如图甲所示。
在小车A 后连着纸带，电磁打点计时器所用电源频率为50 Hz ，长木板下垫着薄木片以平衡摩擦力。
甲 乙(1)若已测得打点纸带如图乙所示，并测得各计数点间距(已标在图上)。
A 为运动的起点，则应选________段来计算A 碰前的速度。
应选________段来计算A 和B 碰后的共同速度(以上两空选填“AB ”或“BC ”或“CD ”或“DE ”)。
(2)已测得小车A 的质量m 1＝0.4 kg ，小车B 的质量为m 2＝0.2 kg ，则碰前两小车的总动量为________ kg·m/s ，碰后两小车的总动量为________ kg·m/s 。
【答案】(1)BC DE (2)0.420 0.417【解析】(1)从分析纸带上打点的情况看，BC 段既表示小车做匀速运动，表示小车有较大速度，因此BC 段能较准确地描述小车A 在碰撞前的运动情况，应选用BC 段计算小车A 碰前的速度；从CD 段打点的情况看，小车的运动情况还没稳定，而在DE 段内小车运动稳定，故应选用DE 段计算A 和B 碰后的共同速度。
(2)小车A 在碰撞前速度v 0＝B C 5T ＝10.50×10－25×0.02m/s ＝1.050 m/s 小车A 在碰撞前动量p 0＝m A v 0＝0.4×1.050 kg·m/s ＝0.420 kg·m/s碰撞后A 、B 的共同速度v ＝D E 5T ＝6.95×10－25×0.02m/s ＝0.695 m/s 碰撞后A 、B 的总动量p ＝(m A ＋m B )v ＝(0.2＋0.4)×0.695 kg·m/s ＝0.417 kg·m/s4.如图所示为“验证碰撞中的动量守恒”实验装置示意图。
(1)入射小球1与被碰小球2直径相同，均为d，它们的质量相比较，应是m1________m2。
(2)为了保证小球做平抛运动，必须调整斜槽使________________。
(3)继续实验步骤为：A．在地面上依次铺白纸和复写纸。
B．确定重锤对应点O。
C．不放球2，让球1从斜槽滑下，确定它落地点位置P。
D．把球2放在立柱上，让球1从斜槽滑下，与球2正碰后，确定球1和球2落地点位置M 和N。
E．用刻度尺量OM、OP、ON的长度。
F．看m1OM＋m2ON与m1OP是否相等，以验证动量守恒。
上述步骤有几步不完善或有错误，请指出并写出相应的正确步骤。
_______________________________________________________。
【答案】(1)>(2)斜槽末端切线水平(3)D不完善，小球1应从斜槽的同一高度由静止释放；F错误，应验证：m1OP＝m1OM＋m2(ON－d)【解析】(1)入射小球1与被碰小球2直径相同，即d1＝d2，为防止两球碰撞后入射球反弹，入射球质量应大于被碰球质量，即：m1>m2。
(2)要使小球做平抛运动，则斜槽的末端必须水平。
(3)为使小球离开轨道时的初速度相等，每次释放小球时应从同一高度由静止释放，故步骤D 不完善；两球离开轨道后做平抛运动，它们抛出点的高度相等，在空中的运动时间t相等，若碰撞过程动量守恒，则有：m1v1＝m1v1′＋m2v2′，两边同乘以t得：m1v1t＝m1v1′t＋m2v2′t，即为：m1OP＝m1OM＋m2(ON－d)，故步骤F错误。
5.如图所示，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。
(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，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，并重复多次。
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开始释放的高度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(3)若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为__________________。
某碰撞是弹性碰撞，那么还应满足的表达式为________________。
(用(2)中测量的量表达)(4)经测定，m1＝45.0 g，m2＝7.5 g，小球落地点的平均位置距O点的距离如图实164所示。
碰撞前、后m1的动量分别为p1与p′1，则p1∶p′1＝________∶11；若碰撞结束时m2的动量为p′2，则p′1∶p′2＝11∶________。
实验结果说明，碰撞前、后总动量的比值p1p′1＋p′2为________。
(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m 2平抛运动射程ON 的最大值为________ cm 。
【答案】(1)C (2)ADE (3)m 1·OM ＋m 2·ON ＝m 1·OP m 1·OM 2＋m 2·ON 2＝m 1·OP 2 (4)142.9 1.01 (5)76.8【解析】(1)小球离开轨道后做平抛运动，由H ＝12gt 2知t ＝2H g，即小球的下落时间一定，则初速度v ＝x t可用平抛运动的水平射程来表示，C 正确。
(2)本实验要验证m 1·OM ＋m 2·ON ＝m 1·OP ，因此要测量两个小球的质量m 1和m 2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m 1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 。
(3)若动量守恒，应有m 1v 1＋m 2v 2＝m 1v 0(v 0是m 1单独下落离开轨道时的速度，v 1、v 2是两球碰后m 1、m 2离开轨道时的速度)，又v ＝x t ，则有m 1·OM t ＋m 2·ON t ＝m 1·OP t，即m 1·OM ＋m 2·ON ＝m 1·OP; 若碰撞是弹性碰撞，则碰撞过程中没有机械能损失，则12m 1v 21＋12m 2v 22＝12m 1v 20，整理可得m 1·OM 2＋m 2·ON 2＝m 1·OP 2。
(4)碰前m 1的动量p 1＝m 1v 0＝m 1·OP t ，碰后m 1的动量p ′1＝m 1v 1＝m 1·OM t，则p 1∶p ′1＝OP ∶OM ＝14∶11; 碰后m 2的动量p ′2＝m 2v 2＝m 2·ON t，所以p ′1∶p ′2＝(m 1·OM )∶(m 2·ON )＝11∶2.9；碰撞前、后总动量的比值p 1p ′1＋p ′2＝m 1·OP m 1·OM ＋m 2·ON≈1.01。