第04讲 实验：验证动量守恒定律（解析版）-【帮课堂】2022-2023学年高二物理同步精品讲义（人教2019选择性必修一）

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知识精讲
第04 讲 实验：验证动量守恒定律
课程标准 课标解读
1．理解本实验中验证碰撞中动量守恒的
方法；
2．掌握实验装置中的几个要点及实际操
作；
3．明确实验中要测量的数据并对实验数
据进行分析和归纳进而得到结论。
1．实验原理是以平抛的位移替代碰撞前后的速度进而
计算碰撞前后瞬间的动量；
2．小球的选择、装置的调节、落点的确定；
3．从测量数据中分析出实验结论；
4．能够根据实验，对实验进行误差分析。
知识点 01 实验目的、实验原理
1．实验目的
(1)验证一维碰撞中的动量守恒．
(2)探究一维弹性碰撞的特点．
2．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．
【即学即练 1】在做“验证动量守恒定律”的实验中，实验必须要求的条件是(　　)
A．斜槽轨道必须是光滑的
B．斜槽轨道末端的切线是水平的
C．入射球每次都要从同一高度由静止滚下
D．碰撞的瞬间，入射球与被碰球的球心连线与轨道末端的切线平行
【解析】 做本实验时，应注意每次实验时入射小球与被碰小球碰前速度相同，且方向水平，故
B、C、D三项正确．至于斜槽是否光滑无需考虑，A项错误．
【答案】 BCD
知识点 02 方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验
1．实验器材：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．
2．测质量：用天平测出滑块质量．
3．安装：正确安装好气垫导轨．
4．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碰撞前后的速度(① 改变滑块的
质量；②改变滑块的初速度大小和方向)．
5．验证：一维碰撞中的动量守恒．
【即学即练 2】某同学利用打点计时器和气垫导轨做探究碰撞中的不变量的实验．气垫导轨装置如图
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，导轨空腔内不断通入的压缩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．
(1)下面是实验的主要步骤：
①安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；
②向气垫导轨通入压缩空气；
③把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧，将纸带穿过打点计时器，调节打点计时器的
高度，直至滑块拖着纸带移动时，纸带始终在水平方向；
④使滑块 1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；
⑤把滑块 2放在气垫导轨的中间；
⑥先________，然后________，让滑块带动纸带一起运动；
⑦取下纸带，重复步骤④⑤⑥，选出理想的纸带如图所示；
⑧测得滑块 1(包括撞针)的质量为310 g，滑块 2(包括橡皮泥)的质量为205 g.
试完善实验步骤⑥的内容．
(2)已知打点计时器每隔0.02 s 打一个点，计算结果保留三位有效数字．
计算碰撞前 m1v1＋m2v2＝________kg·m/s；
碰撞后 m1v1′＋m2v2′＝________kg·m/s.
计算碰撞前 m1v＋m2v＝________kg·m2/s2；
碰撞后 m1v′＋m2v′＝________kg·m2/s2.
计算碰撞前＋＝________m/(s·kg)；
碰撞后＋＝________m/(s·kg)．
(3)通过以上计算可知，碰撞中的不变量应是____________________________________________.
(4)试说明(2)中两结果不完全相等的主要原因是_________________________________________.
【解析】 (1)实验时应先接通打点计时器的电源，再放开滑块 1.
(2)碰撞前滑块 1的速度
v1＝(0.2/0.1) m/s＝2 m/s
m1v1＝0.31×2 kg·m/s＝0.620 kg·m/s
碰撞前滑块 2的速度 v2＝0
碰撞后两滑块具有相同的速度 v＝(0.168/0.14) m/s＝1.2 m/s
m1v1′＋m2v2′＝(m1＋m2)v＝(0.310＋0.205)×1.2 kg·m/s＝0.618 kg·m/s
m1v＋m2v＝1.24 kg·m2/s2
m1v′＋m2v′＝0.742 kg·m2/s2
＋＝6.45 m/(s·kg)
＋＝9.72 m/(s·kg)．
(3)通过以上计算可知，碰撞中的不变量应是滑块 1、2碰撞前后的质量与速度乘积的矢量和．
(4)计算结果不完全相等的主要原因是纸带与打点计时器限位孔有摩擦．
【答案】 (1)接通打点计时器的电源　放开滑块 1 (2)0.620　0.618　1.24　0.742　6.45　9.72 (3)滑块
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