实验：验证动量守恒定理【教学目标】1．把握动量守恒定理适用范围。2．会用实验验证动量守恒定理。【教学重难点】会用实验验证动量守恒定理。【教学过程】一、实验思路班主任：**物体在发生碰撞时，作用时间很短。依据动量定律，它们的互相斥力很大。假如把这两个物体看作一个系统，这么，尽管物体还遭到重力、支持力、摩擦力、空气阻力等外力的作用，而且有些力的矢量和为0，有些力与系统内两物体的互相斥力相比很小。为此，在可以忽视那些外力的情况下，碰撞满足动量守恒定理的条件。问题：我们应当如何设计实验，使两个碰撞的物体所组成的系统所受外力的矢量和近似为0？中学生思索，班主任总结。我们研究最简单的情况：两个物体碰撞前沿同仍然线运动，碰撞后仍沿这条直线运动。应当尽量创造实验条件，使系统所受外力的矢量和近似为0。二、物理量的检测研究对象确定后，还须要明晰所需检测的数学量和实验器材。问题：想要验证动量守恒定理，须要检测什么化学量？中学生思索，班主任总结：依据动量的定义，很自然地想到，须要检测物体的质量，以及两个物体发生碰撞前后各自的速率。班主任：**物体的质量我们可以直接用天平检测，物体碰撞前后的速率呢？中学生追忆之前我们学习了什么检测物体速率的方式。
最后班主任总结可行的方式进行实验的设计。（一）方案一：研究气垫滑轨上滑块碰撞时的动量守恒本案例中，我们借助气垫滑轨来减少磨擦力，借助光电计时器检测滑块碰撞前后的速率。实验装置如图所示，可以通过在滑块上添加已知质量的物块来改变碰撞物体的质本实验可以研究以下几种情况：选定两个质量不同的滑块，在两个滑块互相碰撞的锥面装上弹性碰撞架，滑块碰撞后旋即分开。在两个滑块的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥，碰撞时撞针插入橡皮泥中，使两个滑块连成一体运动。若果在两个滑块的碰撞端分别贴上锦纶拉扣，碰撞时它们也会连成一体。原先连在一起的两个物体，因为互相之间具有抵触的力而分开，这也可视为一种碰撞。这些情况可以通过下边的形式实现。在两个滑块间放置轻质弹簧，挤压两个滑块使弹簧压缩，并用一根细线将两个滑块固定。烧断细线，弹簧弹开后落下，两个滑块由静止向相反方向运动。1．实验步骤：（1）测质量：用天平测出滑块的质量。（2）安装：正确安装好气垫滑轨。（3）实验：接通电源，借助配套的光电计时装置测出两滑块各类情况下碰撞前后的速率（改变滑块的质量；改变滑块的初速率大小和方向）。（4）验证：一维碰撞中的动量守恒。2．数据处理（1）滑块速率的检测：v＝Δx/Δt，式中Δx为滑块挡光片的长度（仪器说明书上给出，也可直接检测），Δt为数字计时器显示的滑块（挡光片）经过光电门的时间。
（2）验证的表达式：m（二）方案二：借助斜槽上滚下的小球验证动量守恒定理1．实验步骤：（1）测质量：用天平测出两小球的质量，并选取质量大的小球为入射小球。（2）安装：根据图甲所示安装实验装置，调整固定斜槽使斜槽底端水平。（3）铺纸：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（4）放球找点，不放被砸小球，每次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所有的小球落点圈在上面。圆心F就是小球落点的平均位置。（5）碰撞找点，把被砸小球置于斜槽末端，每次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。用步骤的方式，标出碰后入射小球落点的平均位置和被砸小球落点的平均位置N，如图所示。（6）验证：联接N，检测线段OP、OM、ON的宽度。将检测数据填入表中。最后代入mOP。（7）结束：整理好实验器材放回原处。2．数据处理：验证的表达式：m（三）方案三：在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验1．实验器材光滑长木板、打点计时器、纸带、小车（两个）、天平、撞针、橡皮泥。2．实验步骤（1）测质量：用天平测出两大车的质量。（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，连在货车的旁边，在两大车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥。
（3）实验：接通电源，让货车A运动，货车五静止，两车碰撞时撞针插入橡皮泥中，把两大车联接成一体运动。（4）测速度：通过纸带上两计数点间的距离及时间由算出速率。（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。3．数据处理（1）货车速率的检测：，式中是纸带上两计数点间的距离，可用刻度尺检测，为货车经过的时间，可由打点间隔算出。（2）验证的表达式：m4．注意事项（1）前提条件：碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”。（2）若借助“气垫滑轨”完成实验，调整气垫滑轨时，注意借助水平仪确保滑轨水平。若用“斜槽”完成实验，斜槽末端的切线必须水平，入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放。5．偏差剖析（1）系统偏差：主要来始于装置本身是否符合要求，即：碰撞是否为一维碰撞。实验是否满足动量守恒的条件：如气垫滑轨是否水平，两球是否等大。（2）碰巧误差：主要来始于质量m和速率的检测。（3）改进举措：设计方案时应保证碰撞为一维碰撞，且尽量满足动量守恒的条件。采取多次检测求平均值的方式减少碰巧偏差。【课堂练习】1．（2017浙江模拟）借助频闪拍照和气垫滑轨做“探究碰撞中的不变量”的实验，步骤如下：用天平测出滑块A、B的质量分别为200g和300g；安装好气垫滑轨，调节气垫滑轨的调节旋钮，使滑轨水平；向气垫滑轨通入压缩空气；两滑块放在滑轨上，并给它们一个初速率，同时开始闪光拍照，闪光的时间间隔设定为Δt＝0.2s，相片如图所示。
结合实验过程和图像剖析知：该图像是闪光4次摄得的相片，在这4次闪光的顿时，两滑块均在0～80cm刻度范围内；第一次闪光时，滑块A正好通过x＝55cm处，滑块正好通过x＝70cm处；碰撞后有一个滑块处于静止状态。设往右为正方向，试剖析：滑块碰撞时间发生在第一次闪光后____s，碰撞前两滑块的质量与速率乘积之和为/s，碰撞后两滑块的质量与速率乘积之和为/s。答案：0.1；－0.2；－0.22．（2017浙江荆州中学期中）某同事用图甲所示装置通过直径相同的a、b碰撞来验证动量守恒定理。图中PQ是斜槽，QR为水平槽。在记录纸上记下重垂线所指的位置O。实验时先使由静止开始滚下，落到坐落水平地面的记录纸上，留下痕迹，重复上述操作10次验证动量定理实验报告，得到10个落点痕迹，确定小球a的落点平均位置B。再把b球置于水平槽末端球仍从固定位置G由静止开始滚球碰撞后验证动量定理实验报告，落到水平地面的记录纸上，重复10次，得到两球的落点平均位置分别为A和C，其中b球落点痕迹如图乙所示。米尺水平放置，零点与O点对齐。（1）碰撞后b球的水平射速应取为。（2）在以下选项中，什么是本次实验必须进行的检测？答：____（填选项序号）。
A．水平槽上未放b球时，检测a球落点位置到O点的距离x球的落点位置到O点的距离x球的半径dD．检测a（或两球质量之比）E．检测G点相对于水平槽面的高度H（3）根据本实验方式，已知a球的质量为m，这么动量守恒定理的验证式为____（用实验中所测化学量相应字母表示）。答案：（1）64.5（64.2～64.8均可）；（2）ABD；（3）m用细线悬挂于O点，O点正下方椅子的边沿有一竖直立柱。实验时，调节悬点，使弹性球1静止时恰与立柱上的球2接触且两球等高。将球1点，并使之静止，同时把球2置于立柱上。释放球1，当它摆到悬点正下方时与球2发生对心碰撞。碰后落到水平地面上的C点。测出有关数据即可验证1、点离水平桌面的距离为a，B点离水平桌面的距离为b。据悉：（1）还须要检测的量是__、和。（2）按照检测的数据，该实验中动量守恒定理的表达式为__。答案：（1）C点与椅子边沿间的水平距离c、立柱高h、桌面高H；（2）2m4．（2017浙江德州一模）如图所示，用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定理，即研究两个小球在轨道水平部份碰撞前后的动量关系。
（1）实验必须满足的条件是（填选项的符号）。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．入射小球每次都要从同一高度由静止滚下D．若入射小球的质量为m（2）图中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影。实验时，先让小球1多次从斜位置由静止释放，找到其平均落地点的位置P，检测平填装程OP，之后，把小位置由静止释放，与小球2发生碰撞，并多次重复。接出来要完成的必要步骤是（填选项的符号）。A．用天平检测两个小球的质量mB．检测小球1开始释放的高度hC．检测抛出点距地面的高度HD．分别找到小球1、小球2相撞后平均落点的位置M、NE．检测平填装程OM（3）若两球碰撞前后的动量守恒，则满足的表达式为（用（2）中检测的量表示）。＝9.0g，OP＝46.20cm。则可能的最大值为（小数点后保留两位）。答案：（1）BCD（2）ADE（3）m