初中化学示范实验7：验证动量守恒理论
实验视频：
动漫视频：
【实验原理】
一维碰撞中，测量碰撞前后物体的质量m和物体的速度v、v'，求碰撞前的动量p=m1v1+m2v2和碰撞前的动量p'=m1v1'碰撞后+m2v2’，看看碰撞前后的动量是否守恒。
【实验方法】
实验方案一：借助气垫滑轨完成一维碰撞实验
【实验设备】气垫滑轨、光电计时器、天平、滑块（两个）、重锤、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶带、撞针、橡皮泥等。
【实验步骤】 (1)质量测量：用天平测量滑块的质量。
(2)安装：正确安装气垫滑轨。
(3)实验：接通电源，用配套的光电计时装置测量不同条件下两个滑块的计时。
（①改变滑块的质量。②改变滑块初速度的大小和方向）碰撞前后的速度。
(4)验证：一维碰撞动量守恒。
实验方案2：借助等长的吊线悬挂等大小的球完成一维碰撞实验
【实验设备】细线摆球（两套）、铁架、天平、量角器、坐标纸、胶带等。
【实验步骤】 (1)质量测量：用天平测量两个小球的质量m1和m2。
(2)安装：用等长的吊线将两个大小相等的球吊起来。
（3）实验：一个小球静止，另一个小球被拉起，当它落下时，它们发生碰撞。
(4)速度测量：可以检测球被拉起的角度，进而计算出碰撞前对应球的速度，检测碰撞后球摆动的角度，计算出碰撞后球的速度。碰撞后对应的球。
(5)改变条件：改变碰撞条件，重复实验。
(6)验证：一维碰撞动量守恒。
实验方案三：两车在光滑桌面上碰撞，完成一维碰撞实验
【实验设备】光滑长木板、打点计时器、纸带、小车（两个）、天平、撞针、橡皮泥。
【实验步骤】 (1)测量质量：用天平测量两辆车的质量。
（2）安装：将打点定时器固定在光滑的长木板一端，用纸带穿过打点定时器，连接到卡车侧面，在打点定时器的碰撞端安装撞针和橡皮泥。两辆卡车。
(3)实验：接通电源动量定理实验设计，让A车移动，B车静止。 当两辆车发生碰撞时，撞针插入橡皮泥中，两辆车连成一体移动。
(4)速度测量：通过纸带上两个计数点之间的距离和时间，按v=ΔtΔx计算速度。
(5)改变条件：改变碰撞条件，重复实验。
(6)验证：一维碰撞动量守恒。
实验方案四：借助滚珠在滑道上滚动来验证动量守恒定律
【实验器材】滑槽、小球（两个）、天平、复写纸、白纸等。
【实验装置】
【实验步骤】（1）用天平测量两个小球的质量，选择质量较大的球作为入射球。
(2)如图所示安装实验装置。 调整并固定溜槽，使溜槽底部水平。
(3)白纸在下，复写纸在上，铺在合适的位置。 记下粗垂直线所指向的位置 O。
(4)握住被击碎的球，让击发的球从滑槽上的固定高度滚下，重复10次。 使用圆规画一个尽可能小的圆，以包围球的所有着陆点。 中心P是球落点的平均位置。
(5)将被击碎的球放在溜槽的末端，同时让入射的球从溜槽中流出。
从高处自由滚落，使它们碰撞，重复实验10次。有步骤
按照步骤(4)的方式，标记出击球落点和被杀球落点的平均位置M
该点的平均位置N如图所示。
（6）连接ON，检测线段OP、OM、ON的粗细。 将测试数据填入表中。 最后代入m1=m1+m2看是否在偏差允许范围内成立。 【来源：课题网ZXXK】
(7)整理实验器材并放回原处。
(8)实验推导：在实验偏差范围内，碰撞系统动量守恒。
【防范措施】
1、前提条件：两个碰撞物体应为“水平”且“正面碰撞”。
2.节目提醒
(1)如果借助气垫滑轨进行实验，调整气垫滑轨时要注意使用水平仪，保证滑轨水平。
(2)如果用摆球进行实验，静置时两个小球的中心应在同一水平线上。 摆线应位于同一垂直平面内。
(3)如果用长木板进行实验，可在长木板下垫一小块木头，以平衡摩擦力。
(4)如果借助滑槽进行实验，入射球的质量应小于被接触球的质量，即：m1>m2，以免m1急剧下降冲击后。
3. 探究推论：所求的不变量在各种碰撞情况下必须不发生变化。
【案例分析】测试点1 借助气垫滑轨验证动量守恒理论
实施例1 同事用打点计时器和气垫滑轨做了实验，验证动量守恒原理。 气垫滑轨装置如图3A所示。 腔体滑轨的两个工作面上均匀分布一定数量的小孔，将压缩空气源源不断地注入滑轨的腔体中，空气就会从小孔中喷出，使滑块稳定地悬挂在滑轨上，这大大减少了滑块与滑轨之间的摩擦造成的偏差。
图3
（1）以下是实验的主要步骤：【来源：课题网ZXXK】
① 安装气垫滑轨，调节气垫滑轨调节旋钮，使滑轨水平；
②向气垫滑轨内注入压缩空气；
③将打点定时器固定在弹射架两侧靠近气垫滑轨上端的地方，将纸带穿过打点定时器和弹射架固定在滑块1上端，调节滑轨的高度打点定时器，直至滑块拖动纸带时，纸带始终处于水平方向；
④使滑块1挤压滑轨上端弹射架上的橡皮绳；
⑤ 将滑块2放在气垫滑轨中间，已知两滑块碰撞后会一起移动；
⑥先让滑块推动胶带一起移动；
⑦取下纸带，重复步骤④⑤⑥，选择理想的纸带如图B所示；
⑧ 实测滑块1（含撞针）质量为310g，滑块2（含橡皮泥）质量为205g。
尝试建立实验步骤⑥的内容。
(2) 已知打点定时器每0.02秒打一个点。 估计两个滑块相互作用前的质量与速度的乘积之和为·m/s； 两个滑块相互作用后的质量与速度的乘积 总和为 kg·m/s（保留三位有效数字）【来源：..Net ZXXK】
(3) 试解释(2)中两个结果不完全相等的主要原因是
。
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【案例分析】测试点2借助平抛运动验证动量守恒理论【来源】
例2（2011·北京文总·21（2）） 如图4所示，“碰撞实验器”可以用来验证动量守恒原理，即研究碰撞前后动量的关系轨道水平部分的两个小球。
图4
①实验中不易直接测量小球碰撞前后的速度，仅通过检测（在选项前填写符号）即可间接解决这个问题。
A。 球开始释放高度 h
B． 球的投掷点距地面的高度H
C．球在平抛运动中的射速
②图中O点为球投掷点在地面的垂直投影。 实验中，让入射球m1从斜坡上的位置S多次释放，找到其平均落点位置P，并检测水平填充距离OP。 之后，将被碰触的球m2静止地放在轨道的水平部分，然后入射球m1从坡道上的位置S释放，与小球m2碰撞，如此重复多次。
然后是要完成的必要步骤。 （填写选项前的符号）
A。 用天平测量两个小球的质量m1和m2
B． 检测球m1开始释放的高度h
C。 检测投掷点距地面的高度H
D． 分别求m1和m2碰撞后平均着陆点的位置M和N
E． 检测扁平灌装过程 OM、ON
③若两球碰撞前后动量守恒，则其表达式可表示为（用②中检测到的量表示）； 如果碰撞是弹性碰撞，则还应满足表达式为（用②中检测到的量表示） ．
④ 测量后，m1=45.0g，m2=7.5g，球落地点平均位置与O点的距离如图5所示。m1碰撞前后的动量分别为p1和p1′，那么 p1:p1′=:11; 如果碰撞结束时 m2 的动量为 p2′，则 p1′:p2′=11:。
图5
实验结果表明，碰撞前后总动量之比为p1'+p2'p1。
⑤ 有朋友认为，在上述实验中，仅改变两个小球的材质，其他条件不变，平抛运动中所触及的小球的射速就可以降低。 请利用④中的已知数据，分析估算触球平抛运动m2的ON最大值为 。
【赛道训练】
1、做“验证动量守恒原理”实验时，入射球a的质量为m1，接触球b的质量为m2，小球的直径为r。 每个小球的落点如图6所示。关于该实验的说法正确的是（ ）
A、最好使用与入射球和接触球相同尺寸和质量的小球
B．让入射球与被触球连续碰撞10次，每次入射球必须从滑槽的不同位置滚下
C。 待验证的表达式为m1=m1+m2
D． 待验证的表达式为m1=m1+m2
E． 待验证的表达式为 m1(-2r)=m1(-2r)+m2
2、同事利用图7所示的装置验证动量守恒原理，用一根重量轻的细线将球1悬挂在O点，使得球1的中心到O点的距离悬挂点 O 为 L，将接触到的球 2 放置在光滑水平的桌面上。 球1在右侧A点从静止状态释放（OA与垂直方向的倾斜角为α），当到达最高点时，正好与球2发生碰撞。碰撞后，球1继续向左移动 在位置C处，球2落在水平地面上，到达距离桌子边缘水平距离x处的点D。
(1) 上述数学量中的α、L、x均已在实验中测得，为了验证两球碰撞过程中的动量守恒，需要测试的数学量为：
(2) 请用测得的化学量与已知的化学量相结合来表示球1和球2碰撞前后的动量：p1=； p1′=; p2=; p2′=.
3、为了验证碰撞中动量守恒，应在气垫滑轨上进行实验，气垫滑轨可以大大减少阻力，这样可以认为碰撞前后滑块的运动情况作为匀速运动。 可以提高实验的可靠性和准确性。 在某次实验中，两个铝制滑块A、B在一条较长的水平气垫滑轨上碰撞，用闪光灯每隔0.4秒拍摄一张照片，而且每次拍摄的闪光持续时间都很短。 如图8所示，已知A、B之间的质量关系为mB=1.5mA，进行4次射击，第一次是在两个滑块翻转之前，接下来的3次是在两个滑块翻转之后。碰撞。 A原本处于静止状态。 假设在闪光照片拍摄期间动量定理实验设计，A、B的滑块在10cm到105cm范围内移动（根据滑块上箭头的位置），根据闪光照片尝试找出：
图8
(1) 滑块A和B碰撞前后的速度分别是多少？
(2)根据闪光照片分析，显示两个滑块碰撞前后动量是否守恒。
4、气垫滑轨（如图9）工作时，空气从滑轨表面的小孔中喷出，在滑轨表面与滑轨之间形成一层薄薄的空气。滑块的内表面，使滑块不接触滑轨。 表面直接接触，大大减少了滑块移动时的阻力。 为了验证动量守恒原理，在水平气垫滑轨上放置两个质量为a的滑块，每个滑块的一端分别与穿过打点计时器的纸带连接。 两个打点定时器所使用的电源频率为b。 待气垫滑轨正常工作后，打开两个打点定时器的电源，让两个滑块以不同的速度相向运动。 两个滑块碰撞后，它们粘在一起并继续移动。
图10是实验中打印有透明点的纸带的一部分。 在纸带上，以6个相同宽度的连续点作为一段来定义纸带。 用标尺分别测量其厚度x1、x2、x3。 若题中各化学量的单位为国际单位，则两个滑块碰撞前的动量分别为 ，则两个滑块的总动量为 ； 碰撞后两个滑块的总动量为 。 重复上述实验几次。 如果两个滑块碰撞前后的总动量在实验偏差允许的范围内相等，则动量守恒原理得到验证。
图10
5、气垫滑轨上有两个滑块A、B。 开始时，两个滑块是静止的，它们之间有一个压缩的轻弹簧。 滑块之间通过绳子连接（如图11A所示），绳子烧断后，两个滑块向相反方向移动。 图B是它们运动过程的频闪照片。 频闪频率为10Hz。 从图中可以看出：
图11
(1)A、B离开弹簧后，应移动。 已知滑块A和B的质量分别为200g和300g。 根据照片中记录的信息，从图中可以看出，闪光灯照片与事实明显不符。 地点是____。
(2) 如果不计此误差，则分离后，A的动量为m/s，B的动量为m/s。 在本实验中，得出“在实验偏差允许的范围内，两个滑块组成的系统动量守恒的推论依据是__。
参考答案
【案例分析】
例1 (1) 打开打点定时器电源，松开滑块1 (2) 0.6200.618 (3) 纸带与打点定时器限位孔有摩擦
例2①C②ADE或DEA或DAE
③m1·OM+m2·ON=m1·OP
m1·OM2+m2·ON2=m1·OP2
④142.91（1～1.01均可） ⑤76.8
【赛道训练】
1.D.
2、（1）球1的质量m1、球2的质量m2、台面高度h、OC与垂直方向的倾斜角β
(2)m1
3.视图分析
分析（1）从标题的意思可以看出，
接触前：vA=0
触摸后：
m/s＝0.5m/s0.2[来源：Z,xx,k.Com]
从碰撞发生到第二次拍照，A移动的时间为
t1=vA'ΔxA"=0.750.15s=0.2s
可以看出，从拍到第一张照片到发生碰撞的时间为
t2=(0.4－0.2)s=0.2s
则物体 B 撞击前的速度为
vB=Δt2ΔxB″=0.20.2m/s=1m/s
(2) 碰撞前动量：
p=mAvA+mBvB=1.5mA
碰撞后的动量：
p'=mAvA'+mBvB'=0.75mA+0.75mA=1.5mA，可见p=p'，因此两个滑块碰撞前后动量守恒。
4. 0...2ab(x1－x3)
0.4abx2
5、（1）匀速直线两滑块A、B之间的第一个区间
(2) 0.0180.018 两个滑块A、B动作前后的总动量保持不变，均为0