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第一章 动量守恒定律
第4节 实验：验证动量守恒定律
一、实验思路
1、实验的目的是什么？
验证动量守恒
提出问题：动量守恒定律的适用条件是系统不受外力，或者所受外力的矢量和为0。这些都是理想化的条件，现实生活中难以实现。怎么办？
提出思路：我们生活中常见的碰撞情形，碰撞时其内力远远大于外力，近似满足动量守恒的条件，故我们可以通过碰撞实验来验证动量守恒定律。
2、需要测量哪些物理量？怎么测量？
一、实验思路
质量m怎么测？
速度v怎么测？
天平
你可以有哪些方法测量物体的速度？
光电门+数字计时器
打点计时器
频闪照片
平抛知识
摆球的摆角
……
不同测速度的方法，就对应不同的实验方案！
二、实验方案
方案1：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
（1）实验器材：气垫导轨、光电计时器、遮光片、天平、滑块（两个）、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等。
气垫导轨
碰撞滑块
光电门
遮光片
（2）实验设计：
在一种实验情形下动量守恒，就能说明动量守恒定律是正确的、普遍成立的吗？
情景1：两个滑块相互碰撞的端面上安装弹性碰撞架，滑块碰撞后随即分开
情景2：两个滑块的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥，滑块碰撞后连成一体
情景3：两个滑块间放置轻弹簧，挤压两个滑块使弹簧压缩，并用一根细线将两滑块固定，烧断细线后两滑块弹开
思考与讨论
1、气垫导轨是否需要调成水平？如果需要，你能想出哪些办法？
2、如果物体碰撞后的速度方向与原来的方向相反，应该怎样记录？
接通气泵，将滑块置于气垫导轨上，滑块能够短时间内保持静止或者轻推滑块，滑块通过两个光电门的时间相同
选取一个正方向，速度与正方向相同时记录为正值，与正方向相反时记录为负值
3、遮光片宽度大些好还是小些好？
小些好，这样计算出来的速度更精确
（3）实验过程及数据处理：
（4）误差分析：
说说看：碰撞前后系统的总动量有差异，其可能原因是什么？
二、实验方案
方案2：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
（1）实验器材：
斜槽轨道、半径相等质量不等的两个小球、白纸、复写纸、重垂线、刻度尺、圆规、天平等。
白纸 （下面铺复写纸）
两个碰撞小球
斜槽轨道
重锤线
（2）实验设计：
先让质量较大的球（入射小球A，质量记作m1）从斜槽上由静止滚下来
再在斜槽末端放上另一个质量较小、大小相同的小球（被碰小球B，质量记作m2），让入射小球仍从同一位置由静止释放，与被碰小球发生碰撞，之后两球都做平抛运动。
思考与讨论
1、怎么确保小球做的是平抛运动呢？
2、怎样测量两球碰撞前后瞬间的速度呢？
将斜槽末端调至水平
验证方法：将小球放在斜槽末端，调节斜槽至能使小球静止即可
可以利用平抛运动的水平与竖直位移，求出碰撞前后两球做平抛运动的初速度
3、需要具体测出小球做平抛运动的初速度吗？
思考与讨论
不需要
因为两球做平抛运动的高度相同，故所用时间t相同，水平位移为x，则小球平抛的初速度
由此可知小球的初速度与水平位移成正比，因而可以把对小球初速度的测量转化为对水平位移的测量
思考与讨论
4、实验装置中重锤线起什么作用？
先要在白纸上记下重锤线所指的位置O，此点为入射小球碰前球心的竖直投影点，也是两球做平抛运动起点的竖直投影点，即用来测量两球水平位移的起点
思考与讨论
5、如何记录并测量小球飞出的水平距离？
先不放被碰小球，让入射小球A从斜槽上某一位置由静止滚下，记录平抛的水平位移OP
再在斜槽末端放上被碰小球B，让A球仍从同一位置由静止释放，与被碰小球发生碰撞，记下两小球离开斜槽做平抛运动的水平位移OM、ON
思考与讨论
6、如何记录并测量小球飞出的水平距离？
重复多次实验，每个位置获得多组落点，用圆规画出尽量小的圆，把所有的小球落点圈在里面，圆心即为小球落点的平均位置
圆心即为落点的平均位置
思考与讨论
7、该方案是如何验证动量守恒定律的？
8、该方案的实验误差主要来源于哪里？
验证 与 在误差允许范围内是否相等
入射小球每次释放时未能很好的保持在同一高度
小球平抛起点在白纸上的投影与O点不完全重合
确定小球落点位置存在误差
存在空气阻力的影响等等
（3）实验过程及数据处理：
二、实验方案
方案3：用打点计时器验证动量守恒
橡皮泥
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相撞并粘在一起，继续做匀速直线运动
思考与讨论
1、本实验要不要调节木板的倾斜程度，以平衡摩擦力？
为便于测量碰撞前瞬间小车A的速度，所以需要将长木板的一端垫高，以平衡摩擦力，使小车能在木板上做匀速直线运动
2、如果某次实验中得到的纸带如图所示，计算小车A碰前的速度大小应选哪段？计算两车碰撞后的速度大小应选哪段？为什么？
因为碰撞前后，小车的速度都为匀速运动，只有碰撞过程中为变速运动，所以碰前选择BC段，碰后选择DE段
三、其它方案

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