實驗-驗證動量守恒定律

實驗基礎(chǔ)記熟背牢必備知識?明原理

方案一利用兩輛小車完成一維碰撞實驗

［實驗器材］

光滑長木板、打點計時器、紙帶、小車（兩輛）、天平、撞針、橡皮泥、刻度尺等.

［實驗步驟］

1.測質(zhì)量：用天平測出兩小車的質(zhì)量.

2.安裝：將打點計時器固定在光滑長木板的一端，把紙帶穿過打點計時器，連在小車

的后面，在兩小車的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥.

3.實驗：小車3靜止，接通電源，讓小車N運動，碰撞時撞針插入橡皮泥中，兩小車

連接成一個整體運動.

4.改變條件重復實驗

（1）改變小車4的初速度.

（2）改變兩小車的質(zhì)量.

［數(shù)據(jù)處理］

1.小車速度的測量：通過紙帶上兩計數(shù)點間的距離及時間，由計算.

2.驗證的表達式：〃?1片=（〃，1+"，2）也.

方案二研究氣墊導軌上滑塊碰撞時的動量守恒

［實驗器材］

氣墊導軌、光電計時器、天平、滑塊（兩個）、重物、彈簧片、細繩、彈性碰撞架、膠布、

撞針、橡皮泥、游標卡尺等.

［實驗步驟］

1.測質(zhì)量：用天平測出滑塊質(zhì)量.

2.安裝：正確安裝好氣墊導軌.

…11…...flBV.?…I-I--21^

3.實驗：接通電源，利用配套的光電計時裝置測出兩滑塊各種情況下碰撞前后的速度

（①改變滑塊的質(zhì)量；②改變滑塊的初速度大小和方向）.

［數(shù)據(jù)處理］

1.滑塊速度的測量：v=至，式中Ax為滑塊擋光片的寬度(儀器說明書上給出，也可直

接測量)，Af為光電計時器顯示的滑塊(擋光片)經(jīng)過光電門的時間.

2.驗證的表達式

方案三利用斜槽滾球驗證動量守恒定律

［實驗器材］

斜槽、小球(兩個)、天平、復寫紙、白紙、圓規(guī)、刻度尺等.

［實驗步驟］

1.測質(zhì)量：用天平測出兩小球的質(zhì)量，并選定質(zhì)量大的小球為入射小球.

2.安裝：按照如圖所示安裝實驗裝置.調(diào)整固定斜槽使斜槽底端水平.

3.鋪紙：白紙在下，復寫紙在上且在適當位置鋪放好.記下重垂線所指的位置O.

4.單球找點：不放被撞小球，每次讓入射小球從斜槽上某固定高度處自由滾下，重復

10次.用圓規(guī)畫盡量小的圓把所有的小球落點圈在里面.圓心尸就是小球落點的平均位置.

5.碰撞找點：把被撞小球放在斜槽末端，每次讓入射小球從斜槽同一高度自由滾下，

使它們發(fā)生碰撞，重復實驗10次.用步驟4的方法，標出碰后入射小球落點的平均位置M

和被撞小球落點的平均位置N,如圖所示.改變?nèi)肷湫∏虻尼尫鸥叨?，重復實?

?

而F河

［數(shù)據(jù)處理］

1.小球水平射程的測量：連接ON,測量線段。尸、OM.ON的長度.

2.驗證的表達式：〃…OP="1」OAf+,ON.

［注意事項］

1.前提條件：碰撞的兩物體應保證“水平”和“正碰”.

2.方案提醒

(1)若利用氣墊導軌進行驗證，給滑塊的初速度應沿著導軌的方向.

(2)若利用兩小車相碰進行驗證，要注意平衡摩擦力.

(3)若利用平拋運動規(guī)律進行驗證，安裝實驗裝置時，應注意調(diào)整斜槽，使斜槽末端水

平，且選質(zhì)量較大的小球為入射小球.

r

創(chuàng)新改進試題調(diào)研?提能力

考點教材原型實驗

典例某同學驗證兩個小球在斜槽末端碰撞時的動量守恒，實驗裝置如圖1所示.A.

3為兩個直徑相同的小球.實驗時，不放5,讓N從固定的斜槽上￡點自由滾下，在水平

面上得到一個落點位置；將5放置在斜槽末端，讓N再次從斜槽上E點自由滾下，與5發(fā)

生正碰，在水平面上又得到兩個落點位置.三個落點位置標記為V、N、P.

/兩球要求：

/(C大小次I等.

月/⑵八射球質(zhì)量大于

被碰球旅量.

MNP

(1)為了確認兩個小球的直徑相同，該同學用現(xiàn)欠度的游標卡只對它們的直徑進行了測

量，某次測量的結(jié)果如圖2所示，其讀數(shù)為mm.

主尺

(2)下列關(guān)于實驗的要求正確的是.

A.斜槽的末端必須是水平的

B.斜槽的軌道必須是光滑的

C.必須測出斜槽末端的高度

D.4、5的質(zhì)量必須相同

(3)如果該同學實驗操作正確且碰撞可視為彈性碰撞，/、5碰后在水平面上的落點位置

分別為、.(填落點位置的標記字母)

變式某實驗小組利用如圖所示的實驗裝置驗證動量守恒定律，實驗主要步驟如下：

L調(diào)節(jié)氣墊導軌水平，并將氣墊導軌固定，用電子秤測得兩滑塊的質(zhì)量分別為g=0.200

kg和,“2=0.400kg；

IL將滑塊4、3放在導軌上，調(diào)節(jié)5的位置，使4與5接觸時，力的左端到左邊擋板

的距離si與B的右端到右邊擋板的距離S2相等，測得S1=S2=0.450m；

III.使/以一定的初速度沿氣墊導軌向左運動，先后與左邊擋板、3碰撞，用手機上的

某軟件記錄A從與左邊擋板碰撞時刻開始到與B碰撞所用的時間砧=0.90s,分別記錄從A

和B碰撞時刻開始到各自撞到擋板所用的時間以=3.30s和功=1.44s.

請回答下列問題:

(1)實驗中，A,3碰撞后的運動方向相反，則應選取質(zhì)量為kg的滑塊作為反

(2)4、3從開始接觸到分離，N的動量減少量是kgm/s,3的動量增加量是

kg-m/s.(結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)

(3)N、B的這次碰撞是非彈性碰撞的依據(jù)是

titi而ti以

「1/21

c.一＜--■

titiAtitiA

考點N

實驗的創(chuàng)新與改進

1核心歸納

[指針

彈簧槍彈衣

1

實驗目的的創(chuàng)新,rrTj*刻度盤

////////////////////////////////

(1)利用動量守恒、機械能守恒計算彈丸的發(fā)射速度.

(2)減小實驗誤差的措施，體現(xiàn)了物理知識和物理實驗

的實用性、創(chuàng)新性和綜合性

B

匚$34a,$45§569阻;

,給先

............…

實驗方案的創(chuàng)新影Ocml23456789101112131415161718192(^

(1)利用鋁質(zhì)導軌研究完全非彈性碰撞.

(2)利用頻閃照相機記錄立方體滑塊碰撞前后的運動規(guī)

律，從而確定滑塊碰撞前后的速度

CD

J——CTCT[

實驗過程的創(chuàng)新7U

(1)用壓縮彈簧的方式使兩滑塊獲得速度，可使兩滑塊

的合動量為零.

(2)利用v=/的方式獲得滑塊彈離時的速度.

(3)根據(jù)能量守恒定律測定彈簧的彈性勢能

2多維專訓

1.［數(shù)據(jù)處理創(chuàng)新］某同學為了驗證對心碰撞過程中的動量守恒定律，設計了如下實驗:

用紙板搭建如圖所示的滑道，使硬幣可以平滑地從斜面滑到水平面上，其中OA為水平段.選

擇相同材質(zhì)的一元硬幣和一角硬幣進行實驗.

測量硬幣的質(zhì)量，得到一元和一角硬幣的質(zhì)量分別為"“和將硬幣甲放置

在斜面某一位置，標記此位置為民由靜止釋放甲，當甲停在水平面上某處時，測量甲從O

點到停止處的滑行距離OP.將硬幣乙放置在。處，左側(cè)與。點重合，將甲放置于5點由靜

止釋放.當兩枚硬幣發(fā)生碰撞后，分別測量甲、乙從。點到停止處的滑行距離和ON.

保持釋放位置不變，重復實驗若干次，得到OP、OM.ON的平均值分別為刖、si、S2.

(1)在本實驗中，甲選用的是(填“一元”或“一角”)硬幣.

(2)碰撞前，甲到O點時速度的大小可表示為(設硬幣與紙板間的動摩擦因數(shù)為

",重力加速度為g).

(3)若甲、乙碰撞過程中動量守恒，則啰=包=(用"“和牝表示)，然后通過

\S2

測得的具體數(shù)據(jù)驗證硬幣對心碰撞過程中動量是否守恒.

2.［實驗方案創(chuàng)新］利用“類牛頓擺”驗證碰撞過程中的動量守恒定律.實驗器材：兩個

半徑相同的球1和球2,細線若干，坐標紙，刻度尺.

實驗步驟:

甲乙

(1)測量小球1、2的質(zhì)量分別為,"1、",2,將小球各用兩細線懸掛于水平支架上，各懸

點位于同一水平面，如圖甲所示.

(2)將坐標紙豎直固定在一個水平支架上，使坐標紙與小球運動平面平行且盡量靠近.坐

標紙每一小格是邊長為〃的正方形.將小球1拉至某一位置4由靜止釋放，垂直坐標紙

方向用手機高速連拍.

(3)分析連拍照片得出，球1從N點由靜止釋放，在最低點與球2發(fā)生水平方向的正碰,

球1反彈后到達的最高位置為B,球2向左擺動的最高位置為C,如圖乙所示.已知重力加

速度為g,碰前球1的動量大小為.若滿足關(guān)系式,則驗證碰撞中動量守

恒.

(4)與用一根細線懸掛小球相比，本實驗采用雙線擺的優(yōu)點是.

(5)球1在最低點與靜止的球2水平正碰后，球1向右反彈擺動，球2向左擺動.若為

彈性碰撞，則可判斷球1的質(zhì)量________(填“大于”“等于”或“小于”)球2的質(zhì)量.若為非彈

性碰撞，則(填“能”或“不能”)比較兩球質(zhì)量大??？理由是

答案及解析

考點教材原型實驗

典例某同學驗證兩個小球在斜槽末端碰撞時的動量守恒，實驗裝置如圖1所示.4、

5為兩個直徑相同的小球.實驗時，不放瓦讓N從固定的斜槽上E點自由滾下，在水平

面上得到一個落點位置；將5放置在斜槽末端，讓/再次從斜槽上E點自由滾下，與5發(fā)

生正碰，在水平面上又得到兩個落點位置.三個落點位置標記為V、N、P.

(1)為了確認兩個小球的直徑相同，該同學用我友度的游標圭尺對它們的直徑進行了測

量，某次測量的結(jié)果如圖2所示，其讀數(shù)為mm.

主尺

0123cm

圖2

(2)下列關(guān)于實驗的要求正確的是

A.斜槽的末端必須是水平的

B.斜槽的軌道必須是光滑的

C.必須測出斜槽末端的高度

D.4、5的質(zhì)量必須相同

(3)如果該同學實驗操作正確且碰撞可視為彈性碰撞，A,3碰后在水平面上的落點位置

分別為、.(填落點位置的標記字母)

解析：(1)由游標卡尺的讀數(shù)規(guī)則可知，該讀數(shù)為10mm+O.lx5mm=10.5mm.

(2)為了保證小球做平拋運動，斜槽末端必須水平，A正確；斜槽光滑與否對實驗不產(chǎn)

生影響，只要保證兩次實驗小球4從同一位置由靜止釋放即可，B錯誤；實驗中兩小球做

平拋運動，下落時間相同，不需要測量斜槽末端的高度，C錯誤；為了防止4球反彈，應

使4球的質(zhì)量大于3球的質(zhì)量，D錯誤.

A

(3)兩球發(fā)生彈性碰撞，又A球的質(zhì)量大于B球的質(zhì)量，由以=吆=歿四,VB=~~V0

mA~vniB

可知，N點為小球N單獨滾下時的落點，A,3碰后，/球的落點為加點，5球的落點為產(chǎn)

點.

答案：(1)10.5(2)A(3)MP

變式某實驗小組利用如圖所示的實驗裝置驗證動量守恒定律，實驗主要步驟如下：

I.調(diào)節(jié)氣墊導軌水平，并將氣墊導軌固定，用電子秤測得兩滑塊的質(zhì)量分別為，"i=0.200

kg和?/2=0.400kg；

n.將滑塊4、5放在導軌上，調(diào)節(jié)5的位置，使N與5接觸時，N的左端到左邊擋板

的距離si與5的右端到右邊擋板的距離S2相等，測得SI=S2=0.450m；

III.使/以一定的初速度沿氣墊導軌向左運動，先后與左邊擋板、3碰撞，用手機上的

某軟件記錄A從與左邊擋板碰撞時刻開始到與B碰撞所用的時間Zo=O.9Os,分別記錄從A

和B碰撞時刻開始到各自撞到擋板所用的時間〃=3.30s和ts—1.44s.

請回答下列問題：

(1)實驗中，4、5碰撞后的運動方向相反，則應選取質(zhì)量為kg的滑塊作為反

(2必、8從開始接觸到分離，N的動量減少量是kgm/s,8的動量增加量是

kg-m/s.(結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)

(3)N、B的這次碰撞是非彈性碰撞的依據(jù)是.

A1>2_1B1>Z+I

'titia'titiA

titit%titi僅

解析：(1)要保證/以一定的速度碰撞靜止的3后，N反彈，則需滿足即

(2)A與B碰撞前瞬間A的速度大小v0=-=0.500m/s,4與B碰撞后瞬間A的速度大

小^i=-=0.136m/s,4與5碰撞后瞬間B的速度大小VBI=-=0.313m/s,所以N動量的

減少量Apz|=|—ML—MM=0.127kgm/s,B動量的增加量切5=膽2加一0=0.125kgm/s.

(3)碰前瞬間A的動能碰后瞬間4和6的總動能Ek總=1如修I+L?2而1,

222

若該過程發(fā)生非彈性碰撞，則Eko>Ek總，結(jié)合(2)問分析可得B正確.

加四飽

答案：(1)0.400(2)0.1270.125(3)B

考點卜」實驗的創(chuàng)新與改進

1.［數(shù)據(jù)處理創(chuàng)新I某同學為了驗證對心碰撞過程中的動量守恒定律，設計了如下實驗:

用紙板搭建如圖所示的滑道，使硬幣可以平滑地從斜面滑到水平面上，其中OA為水平段.選

擇相同材質(zhì)的一元硬幣和一角硬幣進行實驗.

圖a

測量硬幣的質(zhì)量，得到一元和一角硬幣的質(zhì)量分別為，"1和，〃2（利＞/?2）.將硬幣甲放置

在斜面某一位置，標記此位置為及由靜止釋放甲，當甲停在水平面上某處時，測量甲從O

點到停止處的滑行距離OP.將硬幣乙放置在。處，左側(cè)與。點重合，將甲放置于5點由靜

止釋放.當兩枚硬幣發(fā)生碰撞后，分別測量甲、乙從。點到停止處的滑行距離和ON.

保持釋放位置不變，重復實驗若干次，得到OP、OM、ON的平均值分別為so、si、S2.

（1）在本實驗中，甲選用的是（填“一元”或“一角”）硬幣.

（2）碰撞前，甲到O點時速度的大小可表示為（設硬幣與紙板間的動摩擦因數(shù)為

ft,重力加速度為g）.

（3）若甲、乙碰撞過程中動量守恒，則加°二電1=（用，"1和，"2表示），然后通過

測得的具體數(shù)據(jù)驗證硬幣對心碰撞過程中動量是否守恒.

解析：（1）根據(jù)題意可知，甲與乙碰撞后沒有反彈，可知甲的質(zhì)量大于乙的質(zhì)量，甲選

用的是一元硬幣.

（2）甲從。點到尸點，根據(jù)動能定理得

2

解得碰撞前，甲到。點時速度的大小W=收薪）.

（3）由Q）問同理可得，碰撞后甲的速度和乙的速度分別為0=亞斯1,以=3;嬴

若動量守恒，則滿足股小0=帆1也+旭2?2

整理可得遍二也.

比2四

答案：（1）一元（2）同嬴（3）四

mi

2.［實驗方案創(chuàng)新］利用“類牛頓擺”驗證碰撞過程中的動量守恒定律.實驗器材：兩個

半徑相同的球1和球2,細線若干，坐標紙，刻度尺.

實驗步驟:

甲乙

(1)測量小球1、2的質(zhì)量分別為膽1、m2,將小球各用兩細線懸掛于水平支架上，各懸

點位于同一水平面，如圖甲所示.

(2)將坐標紙豎直固定在一個水平支架上，使坐標紙與小球運動平面平行且盡量靠近.坐

標紙每一小格是邊長為d的正方形.將小球1拉至某一位置工,由靜止釋放，垂直坐標紙

方向用手機高速連拍.

(3)分析連拍照片得出，球1從N點由靜止釋放，在最低點與球2發(fā)生水平方向的正碰,

球1反彈后到達的最高位置為5