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第
节
4
高中物理 选择性必修一
第一章
实验：验证动量守恒定律
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。因我们生活中常见的碰撞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。
知识回顾
问题1：该代数运算验证式成立的前提是？
问题２：什么是一维碰撞？
问题3：如何设计实验，保证为一维碰撞？
问题4：如何处理矢量的方向呢？
问题5：测量碰撞前后物体的速度有哪些方法？
想一想
规定正方向
碰撞是一维
打点计时器测匀速过程的速度、平抛运动的水平位移，光电门计时器
用轨道、斜槽、气垫导轨
动量守恒验证式
实验思路
气垫导轨
碰撞滑块
光电门
L
导轨水平
1.实验器材：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块（两个）、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等。
挡光条
一、研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
(1)质量的测量：用_____测量.
(2)速度的测量：v＝___，式中的d为滑块上挡光板的___，Δt为数字计
时器显示的滑块上的挡光板经过_______的时间.
天平
宽度
光电门
一、研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
2.数据测量：
mA＞mB , 运动滑块A撞击静止滑块B。
两静止滑块被弹簧弹开，一个向左，一个向右
运动滑块A撞击静止滑块B，撞后两者粘在一起。
弹性碰撞架
mAv1=mA·v2+mBv3
mAv=(mA+mB)v共
0=mAvA-mBvB
(3)碰撞情景的实现：
一、研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
3.实验步骤：
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。
一、研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
4.数据分析：
1.实验之前需要将气垫导轨调节水平；
2.实验时应该确保发生的是一维碰撞；
5.注意事项：
一、研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
实验器材
被碰小球
斜槽（末端水平）
入射小球
复写纸
白纸
重垂线
天平（测小球质量）、刻度尺(测水平位移）
二、研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
1、质量和半径条件： 入射球质量大于被碰球质量，m1＞m2 （防止A球反弹）r1=r2（保证对心碰撞）
4.平均落点确定方法：
实验原理
3、水平位移测量：测球心在水平地面的投影到各小球平均落点的距离
斜槽末端切向水平
h
2、验证原理式： m1v=m1v1+m2v2
思想方法：等效替代
计算式：m1OP=m1OM+m2ON
圆心即为小球平均落点
实验演示
1.斜槽末端要切线要水平；
2.每次小球下滑要从同一位置处由静止释放；
3.要保证对心碰撞，两球必须半径相同，质量不同（如铁球碰铝球）；
4. 小球的诸多落点要用用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落点都圈在里面，该小圆的圆心即为小球的平均落点 ；
注意事项
5. 用m1OP＝m1OM＋m2ON验证时，两小球的质量和水平位移不能错位
各物体落点唯一被确定：最近的落点为入射球碰后落点；最远落点为被碰球落点；中间的为入射球无碰撞落点 。
（碰撞后速度要符合物理情景，碰后未反向，后减前增，且V后＜V前）
验证动量守恒定律
（2）数据测量：由m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'知，需测质量和速度
（3）实验方案
（1）实验思路： 利用一维内力远大于外力碰撞的方式，验证动量守恒
①气垫导轨光电门法
②平抛运动替代法
课堂总结
课堂练习
1.在用气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”实验时，左侧滑块质量m1=200 g，右侧滑块质量m2=160 g，挡光片宽度为3.00 cm，两滑块之间有一压缩的弹簧片，并用细线连在一起，如图所示。开始时两滑块静止，烧断细线后，两滑块分别向左、右方向运动．挡光片通过光电门的时间分别为Δt1=0.30 s，Δt2=0.24 s．则两滑块的速度分别为v1′=________m/s，v2′=_______m/s．烧断细线前m1v1＋m2v2=______kg·m/s，烧断细线后m1v1′＋m2v2′=__________kg·m/s。可得到的结论是_________________．
2．如图所示为“验证动量守恒定律”实验装置的示意图，下面是本实验中涉及到的部分物理量∶入射球释放时的高度h
小球离开斜槽末端平抛的高度H
平抛的水平位移:OP、OQ、OR
（1）在以上几个量中必须测量的是OP、OQ、__________（填表示物理量的符号）。
实验中还应测量的物理量是入射小球的质量m1和_____________________。
（2）实验最终要验证的表达式为__________________________。（用上边的符号表示）
（3）下列哪些做法有助于完成实验，减小实验误差__________。
A．实验前仔细调整斜槽，使其末端点的切线水平
B．让入射小球的直径大于被碰小球的直径
C．改变入射小球滑下的高度h，重复实验，通过多次测量取平均值确定水平位移
D．注意在实验中不能移动地面上所铺白纸的位置
OR
AD
被碰小球质量m2
3．用图甲所示装置验证动量守恒定律，在长木板右端下面垫放小木片，补偿阻力。小车P的前端粘有橡皮泥，后端连着纸带。接通电源，轻推小车P使之运动，小车P运动一段时间后，与原来静止的小车Q相碰，并粘合在一起继续运动。（已知打点计时器电源频率为50 Hz）
（1）两车碰撞前后打出的纸带如图乙所示。
测得小车P的质量（包含橡皮泥）mP=0.40kg，
小车Q的质量mQ=0.10kg，由以上数据
求得碰前系统总动量为_______kg·m/s，
碰后系统总动量为______kg·m/s。
（均保留两位有效数字）
（2）实验结论：_______________________________________。
0.22
0.21
在误差允许的范围内，碰撞前后P、Q总动量守恒
3.如图所示,利用气垫导轨和光电门研究碰撞中的不变量,已知两遮光片的宽度相同都为L,两滑块质量分别为mA和mB,开始时滑块A和B相向运动,经过光电门的时间各自为tA和 tB，碰撞后，滑块B和A先后以 tB′和 tA′ 经过右侧光电门，如果实验中测出碰撞前后两滑块的质量和速度乘积之和保持不变，则可用题中条件写出所满足的关系式是：_____ ________。
vA
vB
vA′
vB′
L
4.某同学设计如图甲所示的装置，通过半径相同的 A、B 两球碰撞来探究碰撞过程中的不变量。(1)碰撞后 B 球的水平射程是_____cm。
65.0
(2)(多选)在以下四个选项中，本次实验必须进行的测量是( )
A. 水平槽上未放 B 球时，A 球落点位置到 O 点的距离OP
B. A B 两球碰撞后，各自落点位置到 O 点的距离OM、ON
C. A、B 两球的质量mA、mB
D. 水平槽面相对于O点的高度h
ABC
(3)所测量的物理量满足式子： ，则A、B碰撞中的动量守恒。
mA·OP＝mA·OM＋mB·ON

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