内容 要求 验证动量守恒定律 要点解读 一维碰撞。重点理解实验原理、实验步骤和实验结论的得出与分 析。 一、验证动量守恒定律实验方案 1．方案一 实验器材：滑块（带遮光片，2 个）、游标卡尺、气垫导轨、光电门、天平、弹簧片、细绳、弹性碰 撞架、胶布、撞针、橡皮泥等。 实验情境：弹性碰撞（弹簧片、弹性碰撞架）；完全非弹性碰撞（撞针、橡皮泥）。 2．方案二 实验器材：带细线的摆球（摆球相同，两套）、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等。 实验情境：弹性碰撞，等质量两球对心正碰发生速度交换。 3．方案三 实验器材：小车（2 个）、长木板（含垫木）、打点计时器、纸带、天平、撞针、橡皮泥、刻度尺等。 实验情境：完全非弹性碰撞（撞针、橡皮泥）。 4．方案四 实验器材：小球（2 个）、斜槽、天平、重垂线、复写纸、白纸、刻度尺等。 实验情境：一般碰撞或近似的弹性碰撞。 5．不同方案的主要区别在于测速度的方法不同 ：①光电门（或速度传感器）；②测摆角（机械能守 恒）；③打点计时器和纸带；④平抛法。还可用频闪法得到等时间间隔的物体位置，从而分析速度。 二、验证动量守恒定律实验（方案四）注意事项 1．入射球质量 m1 应大于被碰球质量 m2。否则入射球撞击被碰球后会被弹回。 2．入射球和被碰球应半径相等，或可通过调节放被碰球的立柱高度使碰撞时球心等高。否则两球的 碰撞位置不在球心所在的水平线上，碰后瞬间的速度不水平。 3．斜槽末端的切线应水平。否则小球不能水平射出斜槽做平抛运动。 4．入射球每次必须从斜槽上同一位置由静止释放。否则入射球撞击被碰球的速度不相等。 5．落点位置确定：围绕 10 次落点画一个最小的圆将有效落点围在里面，圆心即所求落点。 6．水平射程：被碰球放在斜槽末端，则从斜槽末端由重垂线确定水平射程的起点，到落地点的距离 为水平射程。 用如图所示的装置来验证动量守恒定律．滑块在气垫导轨上运动时阻力不计，其上方挡光条到达光电门 D（或 E），计时器开始计时；挡光条到达光电门 C（或 F），计时器停止计时．实验主要步骤如下： a．用天平分别测出滑块 A、B 的质量 mA、mB； b．给气垫导轨通气并调整使其水平； c．调节光电门，使其位置合适，测出光电门 C、D 间的水平距离 L； d．A、B 之间紧压一轻弹簧（与 A、B 不粘连），并用细线拴住，如图静置于气垫导轨上； e．烧断细线，A、B 各自运动，弹簧恢复原长前 A、B 均未到达光电门，从计时器上分别读取 A、B 在 两光电门之间运动的时间 tA、tB． （1）实验中还应测量的物理量 x 是______________________（用文字表达）． （2）利用上述测量的数据，验证动量守恒定律的表达式是______________（用题中所给的字母表）． （3）利用上述数据还能测出烧断细线前弹簧的弹性势能 Ep=__________________（用题中所给的字母 表示）． 【参考答案】光电门 E、F 间的水平距离 mA L x  mB  0 tA tB 1 L 1 x mA ( ) 2  mB ( ) 2 2 tA 2 tB 【详细解析】(1、2)由于 A、B 原来静止，总动量为零，验证动量守恒定律的表达式为： mA L x  mB  0 ，所以还需要测量的物理量是光电门 E、F 间的水平距离； tA tB (3)弹簧恢复原长时，A 滑块的速度为： vA  L x vB  t A ，B 滑块的速度为： t B ，根据能量守恒定律得： 1 L 1 x mA ( ) 2  mB ( ) 2 Ep= 2 tA 2 tB 某实验小组利用如图所示装置验证动量守恒定律。图中水平气垫导轨上装有光电门 C 和 D，滑块 A、B 静止放在导轨上，位置如图所示，A 的右侧装有橡皮泥，B 的左侧装有撞针，如果 A 与 B 相撞，两滑块 会“粘”在一起。A 滑块上方固定有遮光片，测出其宽度为 d，光电门 C、D 分别连接着光电计时器（图中 未画出），可以记录遮光片通过光电门的时间。 (1)该实验方案中，下列说法正确的有______。 A．要调节气垫导轨，确保导轨水平 B．A 的初始位置应尽可能靠近 B C．遮光片的宽度适当窄一些有利于减小误差 D．A 的质量一定要大于 B 的质量 (2)测出 A（含橡皮泥）的质量 mA 、B（含撞针）的质量 mB ，给 A 一个向右的初速度，光电计时器记 录了 A 的遮光片通过光电门 C 的时间为 t1，通过 D 的时间为 t2，若满足关系式_____（用题中所给物理 量符号表示），则说明碰撞中 A、B 系统动量守恒。 (3)若不测量遮光片的宽度，此方案________（填“能”或“不能”）验证两滑块 A、B 在碰撞过程中动量是 否守恒。 【答案】AC mA d d 1 1 mA  (mA  mB )  ( mA  mB ) t1 t2 或 t1 t2 能 【解析】(1)[1]A．调节气垫导轨，确保导轨水平，才能够满足碰撞过程中动量守恒，故 A 正确； B．滑块 A 的初始位置应尽可能远离滑块 B，这样能够比较准确地测量碰撞前滑块 A 的速度，故 B 错误； C．遮光片的宽度适当窄一些能够比较准确地测量碰撞后的速度，有利于减小误差，故 C 正确； D．A、B 碰撞过程中合动量方向向右，碰撞结束后整体向右运动，故对 A 和 B 之间的质量关系没有要 求，故 D 错误。 故选 AC。 (2)[2]碰撞 A、B 系统的动量大小为 mA d d ( mA  mB ) t1 ，碰撞结束后 A、B 成为一个整体，动量大小为 t2 ， 若 mA d d 1 1  (mA  mB ) 或 mA  ( mA  mB ) t1 t2 t1 t2 说明碰撞中 A、B 系统动量守恒。 (3)[3]由(2)分析可知，关系式 mA 1 1  (mA  mB ) t1 t2 成立，也能验证两滑块 A、B 在碰撞过程中动量守恒，故此方案不测量遮光片的宽度，也能验证碰撞过 程中动量守恒。 某同学利用图甲所示装置验证动量守恒定律。主要实验步骤如下： Ⅰ．沿实验桌左右移动垫块，直至接通交流电源后，轻推小车 A，与小车相连的纸带上打出一系列分布 均匀的点迹（相邻两点间的间距相等），断开电源； Ⅱ．将小车 B（未画出，与小车 A 完全相同）静置于长木板上的 P 处，并将适量砝码放在小车 B 中； Ⅲ．接通电源，沿木板方向向下轻推一下小车 A，使小车获得一初速度，两车碰撞后粘在一起，打点计 时器打出一系列的点迹，如图乙所示； Ⅳ．用天平测得小车 A 的质量为 195g，小车 B 与钩码的总质量为 240g。 (1)在步骤Ⅰ中，要求纸带上打出的点迹分布均匀的原因是___________________。 (2)已知打点计时器所接交流电源的频率为 50Hz，则碰撞前瞬间系统的总动量 p1=_______ 果保留三位有效数字），碰撞后瞬间系统的总动量 p2=_______ kg � m/s kg � m/s （结 （结果保留三位有效数字）；若 在实验误差允许的范围内，满足_________，则系统动量守恒得到验证。 【参考答案】为了保证小车所受合力为零 0.930 0.927 p1=p2 【详细解析】(1)[1]．在步骤Ⅰ中，当点迹分布均匀时小车匀速运动，则要求纸带上打出的点迹分布均 匀的原因是为了保证小车所受合力为零； (2)[2]．碰前小车的速度 v1  0.4770 m/s=4.77m/s 5 �0.02 则碰撞前瞬间系统的总动量 p1  mAv1  0.195 �4.77kg � m/s=0.930kg � m/s [3]．碰后两车的速度 v2  0.2130 m/s=2.13m/s 5 �0.02 则碰撞后瞬间系统的总动量 p2  (mA  mB )v2  (0.195  0.240) �2.13kg � m/s=0.927kg � m/s [4]．若在实验误差允许的范围内，满足 p1=p2，则系统动量守恒得到验证。 1．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：小车 a 的前端粘有橡皮泥，推动小 b a 车 使之做匀速运动，后与原来静止在前方的小车 相碰并粘合成一体，继续做匀速运动。他设计的装 置如图所示.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 ，长木板下垫着小木片以平 衡摩擦力. （1）若已测得打点的纸带如图乙所示，并测得各计数点的间距(已标在图上). a a b A 为运动的起点，则应选________段来计算 碰撞前的速度，应选________段来计算 和 碰后的共同 速度(以上两空选填“AB”“BC”“CD”或“DE”)。 （2）已测得小车 a 的质量 ma va  mb vb  【答案】BC ________ DE ma  0.40kg kg � m/s ，碰后 0.420kg � m/s ，小车 b 的质量 ma va ' mb vb '  mb  0.20kg ________ ，则以上测量结果可得： kg � m/s 。 0.417kg � m/s 【解析】（1）[1][2]．推动小车由静止开始运动，故小车有个加速过程，在碰撞前做匀速直线运动，即 在相同的时间内通过的位移相同，故 BC 段为匀速运动的阶段，故选 BC 计算碰前的速度；碰撞过程是 一个变速运动的过程，而 A 和 B 碰后的共同运动时做匀速直线运动，故在相同的时间内通过相同的位移， 故应选 DE 段来计算碰后共同的速度。 （2）[3][4]．由图可知，BC=10.50cm=0.1050m；DE=6.95cm=0.0695cm； 碰前小车的速度为 vA  BC 0.1050   1.05m/s t 5 �0.02 碰前的总动量为 p=mAvA=0.4×1.05=0.420kg•m/s； 碰后小车的共同速度为 v DE 0.0695   0.695m/s t 5 �0.02 碰后的动量为 p′=（mA+mB）v=（0.4+0.2）×0.695=0.417kg•m/s； 某同学利用如图所示的装置进行“验证动量守恒定律”的实验，操作步骤如下： ① 在水平桌面上的适当位置固定好弹簧发射器，使其出口处切线与水平桌面相平； ② 在一块长平木板表面先后钉上白纸和复写纸，将该木板竖直并贴紧桌面右侧边缘。将小球 a 向左压缩 弹簧并使其由静止释放，a 球碰到木板，在白纸上留下压痕 P； ③ 将木板向右水平平移适当距离，再将小球 a 向左