实验十六 验证动量守恒定律
一、实验原理
在一维碰撞中，测出物体的质量m和碰撞前后物体的速度v、v′，找出碰撞前的动量p＝m1v1＋m2v2及碰撞后的动量p′＝m1v1′＋m2v2′，看碰撞前后动量是否守恒． 二、实验器材
方案一：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个)、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等．
方案二：带细线的摆球(两套)、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等． 方案三：光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥． 方法四：斜槽、小球(两个)、天平、复写纸、白纸等． 三、实验步骤
方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验 (1)测质量：用天平测出滑块质量． (2)安装：正确安装好气垫导轨．
(3)实验：接通电源，利用配套的光电计时装置测出两滑块各种情况下(①改变滑块的质量．②改变滑块的初速度大小和方向)碰撞前后的速度． (4)验证：一维碰撞中的动量守恒．
方案二：利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验 (1)测质量：用天平测出两小球的质量m1、m2. (2)安装：把两个等大小球用等长悬线悬挂起来．
(3)实验：一个小球静止，拉起另一个小球，放下时它们相碰．
(4)测速度：可以测量小球被拉起的角度，从而算出碰撞前对应小球的速度，测量碰撞后小球摆起的角度，算出碰撞后对应小球的速度．
(5)改变条件：改变碰撞条件，重复实验． (6)验证：一维碰撞中的动量守恒．
方案三：在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验 (1)测质量：用天平测出两小车的质量．
(2)安装：将打点计时器固定在光滑长木板的一端，把纸带穿过打点计时器，连在小车的后面，在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥．
(3)实验：接通电源，让小车A运动，小车B静止，两车碰撞时撞针插入橡皮泥中，把两小车连接成一体运动．
Δx(4)测速度：通过纸带上两计数点间的距离及时间由v＝算出速度．
Δt(5)改变条件：改变碰撞条件，重复实验． (6)验证：一维碰撞中的动量守恒．
方法四：利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律
(1)用天平测出两小球的质量，并选定质量大的小球为入射小球．
图1
(2)按照图1所示安装实验装置．调整、固定斜槽使斜槽底端水平． (3)白纸在下，复写纸在上且在适当位置铺放好．记下重垂线所指的位置O.
(4)不放被撞小球，让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下，重复10次．用圆规画尽量小的圆把小球所有的落点都圈在里面．圆心P就是小球落点的平均位置． (5)把被撞小球放在斜槽末端，让入射小球从斜槽同一 高度自由滚下，使它们发生碰撞，重复实验10次．用步
骤(4)的方法，标出碰后入射小球落点的平均位置M和被撞小球落 点的平均位置N.如图2所示．
图2
(6)连接ON，测量线段OP、OM、ON的长度．将测量数据填入表中．最后代入m1OP＝m1OM＋m2ON，看在误差允许的范围内是否成立． (7)整理好实验器材放回原处．
(8)实验结论：在实验误差范围内，碰撞系统的动量守恒． 四、注意事项
1．前提条件：碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”． 2．方案提醒
(1)若利用气垫导轨进行实验，调整气垫导轨时，注意利用水平仪确保导轨水平． (2)若利用摆球进行实验，两小球静放时球心应在同一水平线上，用等长悬线悬挂后两小球刚好接触，摆线竖直，将小球拉起后，两条摆线应在同一竖直面内． (3)若利用长木板进行实验，可在长木板下垫一小木片用以平衡摩擦力．
(4)若利用斜槽进行实验，入射球质量要大于被碰球质量，即：m1>m2，防止碰后m1被反弹．
3．探究结论：寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不改变．
考点一 利用气垫导轨验证动量守恒定律
典例剖析
例1 某同学利用打点计时器和气垫导轨做验证动量守恒定律的实验，气垫导轨装置如图3甲所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成．在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔，向导轨空腔内不断通入压缩空气，空气会从小孔中喷出，使滑块稳定地漂浮在导轨上，这样就大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差．
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