【物理教案】2021江苏高考物理：第六章实验八验证动量守恒定律

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实验八　验证动量守恒定律

1．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′，算出碰撞前的动量 p

＝m1v1＋m2v2及碰撞后的动量 p′＝m1v1′＋m2v2′，看碰撞前后动量是否相等．

2．实验器材

斜槽、小球(两个)、天平、直尺、复写纸、白纸、圆规、重垂线．

3．实验步骤

(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．

(2)按照如图 1甲所示安装实验器材．调整、固定斜槽使斜槽底端水平．

图1

(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.如图乙所示．

(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 m1·＝m1·＋

m2·，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：在实验误差允许范围内，碰撞系统的动量守恒．

1．数据处理

验证表达式：m1·＝m1·＋m2·

2．注意事项

(1)斜槽末端的切线必须水平；

(2)入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放；

(3)选质量较大的小球作为入射小球；

(4)实验过程中实验桌、斜槽、记录的白纸的位置要始终保持不变．

例1　(2019·广西钦州市 4月综测)如图 2甲，某实验小组采用常规方案验证动量守恒定律．

实验完成后，该小组又把水平木板改为竖直木板再次实验，如图乙所示．图中小球半径均相

同、质量均已知，且 mA>mB，B、B′ 两点在同一水平线上．

图2

(1)若采用图甲所示的装置，实验中还必须测量的物理量是__________________________．

(2)若采用图乙所示的装置，下列说法正确的是______．

A．必需测量 BN、BP 和BM 的距离

B．必需测量 B′N、B′P和B′M的距离

C．若＝＋，则表明此碰撞动量守恒

D．若＝＋，则表明此碰撞动量守恒

答案　(1)OM、OP 和ON 的距离　(2)BC

解析　(1)如果采用题图甲所示装置，由于小球平抛运动的时间相等，故可以用水平位移代

替速度进行验证，故需要测量 OM、OP 和ON 的距离；

(2)采用题图乙所示装置时，利用水平距离相等，根据下落的高度可确定飞行时间，从而根

据高度表示出对应的水平速度，故需测量 B′N、B′P和B′M的距离，小球碰后做平抛运

动，速度越快，下落高度越小，单独一个小球下落时，落点为 P，两球相碰后，落点分别为

M和N，根据动量守恒定律有：mAv＝mAv1＋mBv2，而速度 v＝，根据 h＝gt2可得 t＝，解得：

v＝，v1＝，v2＝，代入动量守恒表达式，消去公共项后，有：＝＋，故选 C.

变式 1　如图 3，用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部

分碰撞前后的动量关系．

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