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实验八 验证动量守恒定律
第六章 动量守恒定律
问题1：动量守恒定律成立的条件是什么？
问题2：为了减少摩擦力对实验的误差及让物体碰撞是在一维发生的，我们可以用哪个装置进行定律的验证？
问题3：如何利用气垫导轨滑块碰撞进行验证动量守恒定律的？
问题4：需要测量遮光条的宽度吗？
一个运动滑块撞击静止滑块
两个静止滑块被弹簧片弹开，一个向左，一个向右
运动滑块撞击静止滑块，撞后两者粘在一起
弹性碰撞架
0=mAvA-mBvB
mAv=(mA+mB)v共
mAv=mA·vA+mBvB
气垫导轨
两物块摩擦因数相同
橡皮泥
光滑桌面通过平衡摩擦力获得
利用打点计时器测速验证动量守恒
验证表达式
mAv=(mA+mB)v共
计算A车碰撞前的速度选择_______计算
计算两车碰撞后的速度选择_______计算

橡皮泥
利用打点计时器测速验证动量守恒
实验中小车A必须从静止释放
判断正误
实验装置不能验证弹性碰撞规律
思考：这个实验是如何验证动量守恒的呢？
用平抛演示仪装置验证动量守恒定律
mA·OP＝mA·OM＋mB·ON
用平抛演示仪装置验证动量守恒定律
斜槽末端切向水平
为防止A球反弹， m1＞m2
落点确定：
P
M
N
O
m1
m2
为了对心碰撞，两球大小相同
必须从同一点静止下落
不需要光滑
圆心即为小球平均落点
不需要测高度
例1
(1)图2是小球m2的多次落点痕迹，由此可确定其落点的平均位置对应的读数为______cm。
(2)下列器材选取或实验操作符合实验要求的是________。
A.可选用半径不同的两小球
B.选用两球的质量应满足m1>m2
C.小球m1每次必须从斜轨同一位置释放
D.需用秒表测定小球在空中飞行的时间
(3)在某次实验中，测量出两小球的质量分别为m1、m2，三个落点的平均位置与O点的距离分别为OM、OP、ON。在实验误差允许范围内，若满足关系式________________，即验证了碰撞前后两小球组成的系统动量守恒(用测量的物理量表示)。
(4)验证动量守恒的实验也可以在如图3所示的水平气垫导轨上完成。实验时让两滑块分别从导轨的左右两侧向中间运动，滑块运动过程所受的阻力可忽略，它们穿过光电门后发生碰撞并粘连在一起。实验测得滑块A的总质量为m1、滑块B的总质量为m2，两滑块遮光片的宽度相同，光电门记录的遮光片挡光时间如下表所示。
左侧光电门 右侧光电门
碰前 T1 T2
碰后 T3、T3 无
在实验误差允许范围内，若满足关系式____________________，即验证了碰撞前后两滑块组成的系统动量守恒(用测量的物理量表示)。
两物块摩擦因数相同
跟踪训练
1.(2022·广东华南师大附中模拟)小刘同学利用气垫导轨验证动量守恒定律，实验装置如图4所示。
图4
(1)将滑块b放置在气垫导轨上，打开气泵，待气流稳定后，调节气垫导轨，直至观察到滑块b能在短时间内保持静止，说明气垫导轨已调至________。
(2)用天平测得滑块a、b质量分别为ma、mb。
(3)在滑块上安装配套的粘扣，并按图示方式放置两滑块。使滑块a获得向右的速度，滑块a通过光电门1后与静止的滑块b碰撞粘在一起，并一起通过光电门2，遮光条通过光电门1、2的时间分别为t1、t2，则上述物理量间如果满足关系式____________，则证明碰撞过程中两滑块的总动量守恒。
(4)本实验________(选填“需要”或“不需要”)测量遮光条的宽度。
例2 (2022·全国甲卷，23)利用图示5的实验装置对碰撞过程进行研究。让质量为m1的滑块A与质量为m2的静止滑块B在水平气垫导轨上发生碰撞，碰撞时间极短，比较碰撞后A和B的速度大小v1和v2，进而分析碰撞过程是否为弹性碰撞。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，应选取质量为________ kg的滑块作为A；
(3)调节B的位置，使得A与B接触时，A的左端到左边挡板的距离s1与B的右端到右边挡板的距离s2相等；
(4)使A以一定的初速度沿气垫导轨运动，并与B碰撞，分别用传感器记录A和B从碰撞时刻开始到各自撞到挡板所用的时间t1和t2；
(5)将B放回到碰撞前的位置，改变A的初速度大小，重复步骤(4)。多次测量的结果如下表所示；
1 2 3 4 5
t1/s 0.49 0.67 1.01 1.22 1.39
t2/s 0.15 0.21 0.33 0.40 0.46
k＝ 0.31 k2 0.33 0.33 0.33
2.(2023·山东济南一模)某研究性学习小组从北京冬奥会冰壶比赛项目中获得启发，利用冰壶碰撞来验证动量守恒定律。该小组在两个相同的奶粉罐中加水，放在户外结冰后制成两只质量不同的冰壶A和B，在户外一块平整的水平地面上泼水结冰形成冰面。小组成员用如图6甲(俯视)所示的装置压缩弹簧后将冰壶弹出，此冰壶与另一只静止的冰壶发生碰撞。主要实验步骤如下：
①固定发射装置，将冰壶A压缩弹簧后释放；
②标记冰壶A停止时的位置，在冰壶运动路径上适当位置标记一定点O，测出冰壶A停止时右端到O点的距离，如图乙所示。重复多次，计算该距离的平均值记为s1；
③将冰壶B静置于冰面，左端位于O点。重新弹射冰壶A，使两冰壶对心正碰，测出冰壶A停止时右端距O点的距离和冰壶B停止时左端距O点的距离。重复多次，分别计算距离的平均值并记为s2和s3，如图丙所示。
(1)实验中，为确保冰壶A每次到达O点时的速度均相同的操作是________________________________________。
(2)为完成实验，还需要测出______________，验证动量守恒定律的表达式为_____________ (用x1、x2、x3和测量物理量对应的字母表示)。
1.(2022·浙江1月选考)“探究碰撞中的不变量”的实验装置如图1所示，阻力很小的滑轨上有两辆小车A、B，给小车A一定速度去碰撞静止的小车B，小车A、B碰撞前后的速度大小可由速度传感器测得。
图1
(1)实验应进行的操作有________(单选)。
A.测量滑轨的长度
B.测量小车的长度和高度
C.碰撞前将滑轨调成水平
(2)下表是某次实验时测得的数据：
A的质量/kg B的质量/kg 碰撞前A的速度大小/(m·s－1) 碰撞后A的速度大小/(m·s－1) 碰撞后B的速度大小/(m·s－1)
0.200 0.300 1.010 0.200 0.800
由表中数据可知，碰撞后小车A、B所构成系统的总动量大小是________kg·m/s。(结果保留3位有效数字)
2.(2022·北京市昌平区模拟)用如图2所示的装置做“验证动量守恒定律”实验，即研究小球在斜槽末端碰撞时动量是否守恒。
(1)在实验中可以不测量速度的具体数值，仅通过测量________(选填选项前的字母)间接地解决这个问题。
A.小球开始释放的高度h
B.小球做平抛运动的射程OP、OM、ON
C.小球抛出点距地面的高度H
(2)下列关于本实验条件的叙述，正确的是________(选填选项前的字母)。
A.同一组实验中，入射小球必须从同一位置由静止释放
B.入射小球的质量必须大于被碰小球的质量
C.轨道倾斜部分必须光滑
D.轨道末端必须水平
(3)图中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影，实验时先让入射小球多次从斜槽上位置S由静止释放，通过白纸和复写纸找到其平均落地点的位置P，测出平抛射程OP。然后，把半径相同的被碰小球静置于轨道的水平部分末端，仍将入射小球从斜轨上位置S由静止释放，与被碰小球发生正碰，并多次重复该操作，两小球平均落地点位置分别为M、N。实验中还需要测量的物理量有________(选填选项前的字母)。
A.入射小球和被碰小球的质量m1、m2
B.入射小球开始的释放高度h
C.小球抛出点距地面的高度H
D.两球相碰后的平抛射程OM、ON
(4)在实验误差允许范围内，若满足关系式______________________(用所测物理量的字母表示)，则可以认为两球碰撞前后的动量守恒；若满足关系式______________________(用所测物理量的字母表示)，则可以认为两球发生的是弹性碰撞。
3.(2023·山东淄博模拟)某同学借助如图3甲所示装置验证动量守恒定律，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，使两个小车均能在木板上做匀速直线运动。小车1前端贴有橡皮泥，后端与穿过打点计时器的纸带相连，接通打点计时器电源后，让小车1以某速度做匀速直线运动，与置于木板上静止的小车2相碰并粘在一起，之后继续做匀速直线运动。打点计时器电源频率为50 Hz，得到的纸带如图乙所示，已将各计数点之间的距离标在图乙上。
甲
乙
(1)图乙中的数据有AB、BC、CD、DE四段，计算小车1碰撞前的速度大小v1＝________m/s，计算两车碰撞后的速度大小应选________段。
(2)若小车1的质量(含橡皮泥)为0.4 kg，小车2的质量为0.2 kg，根据纸带数据，经过计算，两小车碰前动量大小为________kg· m/s，两小车碰后动量大小为________kg·m/s(结果均保留3位有效数字)。
(3)关于实验的操作与反思，下列说法正确的是________。
A.实验中小车1必须从静止释放
B.若小车1前端没贴橡皮泥，不影响实验验证
C.上述实验装置不能验证弹性碰撞规律

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