實驗7驗證動量守恒定律一、實驗方案1研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時的動量守恒1.1、實驗裝置圖1.2、實驗器材氣墊導(dǎo)軌、數(shù)字計時器、天平、滑塊（兩個）、重物、彈簧片、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥、刻度尺等。1.3、實驗步驟1、用天平測出滑塊質(zhì)量2、使用游標(biāo)卡尺測出滑塊上遮光條的寬度Δx3、按照上圖正確安裝好氣墊導(dǎo)軌4、接通電源，利用配套的光電計時裝置測出兩滑塊各種情況下碰撞前、后的遮光時間1.4、數(shù)據(jù)處理1、利用求出滑塊的速度2、驗證的表達(dá)式：m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'1.5創(chuàng)新實驗1、選取兩個質(zhì)量不同的滑塊，在兩個滑塊相互碰撞的端面裝上彈性碰撞架，滑塊碰撞后隨即分開。2、在兩個滑塊的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥，碰撞時撞針插入橡皮泥中，使兩個滑塊連成一體運動。如果在兩個滑塊的碰撞端分別貼上尼龍拉扣，碰撞時它們也會連成一體。3、在兩個滑塊間放置輕質(zhì)彈簧，擠壓兩個滑塊使彈簧壓縮，并用一根細(xì)線將兩個滑塊固定。燒斷細(xì)線，彈簧彈開后落下，兩個滑塊由靜止向相反方向運動。二、實驗方案2研究斜槽末端小球碰撞時的動量守恒2.1、實驗裝置圖2.2、實驗器材斜槽、兩個小球（質(zhì)量不等、大小相同）、天平、復(fù)寫紙、白紙、圓規(guī)、鉛垂線、刻度尺2.3、實驗步驟1、用天平測出兩小球的質(zhì)量，并選定質(zhì)量大的小球為入射小球。2、如圖所示安裝實驗裝置，調(diào)整固定斜槽使斜槽底端水平。3、白紙在下，復(fù)寫紙在上且在適當(dāng)位置鋪好，記下鉛垂線所指的位置O。4、不放被碰小球，每次讓入射小球從斜槽上某固定高度處自由滾下，重復(fù)10次，用圓規(guī)畫盡量小的圓把所有的小球落點圈在里面，圓心P就是小球落點的平均位置。5、把被碰小球放在斜槽末端，每次讓入射小球從斜槽同一高度自由滾下，使它們發(fā)生碰撞，重復(fù)實驗10次，用步驟4的方法，標(biāo)出碰后人射小球落點的平均位置M和被碰小球落點的平均位置N。6、連接ON，測量線段OP、OM、ON的長度。將測量數(shù)據(jù)填入表格中，最后代入m1·OP=m1·OM+m2·ON，看在誤差允許的范圍內(nèi)等式是否成立。2.4、數(shù)據(jù)處理驗證的表達(dá)式：m1·OP=m1·OM+m2·ON。三、注意事項1、實驗要求：兩物體碰撞前后應(yīng)保證“水平”和“一維碰撞”。2、若利用氣墊導(dǎo)軌進行驗證，調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時，應(yīng)確保導(dǎo)軌水平。3、若利用平拋運動規(guī)律進行驗證，則需要保證：①斜槽末端的切線必須水平；②入射小球每次都必須從斜槽同一高度由靜止釋放；③必須選取質(zhì)量較大的小球作為入射小球；④實驗過程中實驗桌、斜槽、記錄的白紙的位置要始終保持不變。四、誤差分析1、系統(tǒng)誤差：研究斜槽末端小球碰撞時的動量守恒，小球每次從同一點滾下，但運動過程中的受力情況不完全相同，摩擦力做功有偏差，造成入射小球的初速度不完全相同。2、偶然誤差：測量、研究斜槽末端小球碰撞時畫圓、讀數(shù)造成的。五、高頻考點判斷（下列關(guān)于“驗證動量守恒定律”的實驗對的打“√”，錯的打“×”）方案1研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時的動量守恒1、在實驗前，必須把長木板的一端墊高，使小車能拖著紙帶勻速下行（）2、兩輛小車的質(zhì)量必須相等（）3、兩輛小車碰撞后必須保證兩輛小車以共同速度一起運動（）方案2研究斜槽末端小球碰撞時的動量守恒1、某次實驗發(fā)現(xiàn)動量不守恒，則可能由于斜槽軌道粗糙引起的（）2、入射球與靶球二者的直徑必須相同。（）

3、在同一組實驗的不同碰撞中，每次入射球必須從同一高度由靜止釋放。（）

4、安裝軌道時，軌道末端必須水平。（）

5、需要使用的測量儀器有天平、刻度尺、秒表。（）六、典型例題【例題1】（2022年1月·浙江選考）“探究碰撞中的不變量”的實驗裝置如圖所示，阻力很小的滑軌上有兩輛小車A、B，給小車A一定速度去碰撞靜止的小車B，小車A、B碰撞前后的速度大小可由速度傳感器測得。（1）實驗應(yīng)進行的操作有_______。

A．測量滑軌的長度

B．測量小車的長度和高度

C．碰撞前將滑軌調(diào)成水平（2）下表是某次實驗時測得的數(shù)據(jù)：A的質(zhì)量B的質(zhì)量碰撞前A的速度大小碰撞后A的速度大小碰撞后B的速度大小0.2000.3001.0100.2000.800由表中數(shù)據(jù)可知，碰撞后小車A、B所構(gòu)成系統(tǒng)的總動量大小是_______kg·m/s。（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）

【例題2】（2024年4月·浙江9+1聯(lián)盟）某學(xué)習(xí)小組采用圖甲所示的裝置驗證滑塊碰撞過程中的動量守恒。（1）用天平測得滑塊A、B（均包括擋光片）的質(zhì)量分別為m1、m2；

（2）兩擋光片的寬度相同；

（3）接通充氣泵電源后，導(dǎo)軌左側(cè)放一滑塊并推動滑塊，滑塊通過兩個光電門時，與光電門1、2相連的計時器測得的擋光時間分別為0.07s、0.06s，則應(yīng)將導(dǎo)軌右端______（選填“調(diào)高”或“調(diào)低”），直至氣墊導(dǎo)軌水平；

（4）滑塊B放在兩個光電門之間，向右輕推滑塊A與滑塊B碰撞，碰后滑塊A返回導(dǎo)軌左側(cè)，與光電門1相連的計時器計時2次，先后為t1和t2；滑塊B運動至導(dǎo)軌右側(cè)，與光電門2相連的計時器計時為t3；

（5）在實驗誤差允許范圍內(nèi)，若表達(dá)式滿足等式=______（用測得的物理量表示）成立，說明滑塊A、B碰撞過程中動量守恒。七、針對練習(xí)1、如圖甲所示，用半徑相同的兩個小球的碰撞驗證動量守恒定律。實驗時先讓質(zhì)量為的A球從斜槽上某一固定位置C由靜止釋放，A球從軌道末端水平拋出，落到水平地面的復(fù)寫紙上，在下面的白紙上留下痕跡，重復(fù)上述操作10次，得到10個落點痕跡。再把質(zhì)量為的B球放在水平軌道末端，將A球仍從位置C由靜止釋放，A球和B球碰撞后，分別在白紙上留下各自的落點痕跡，重復(fù)操作10次，M、P、N為三個落點的平均位置，O點是水平軌道末端在記錄紙上的豎直投影點，如圖乙所示。（1）下面是本實驗部分測量儀器或工具，需要的是___________。A．秒表

B．交流電流表

C．刻度尺

D．彈簧秤

（2）為了完成本實驗，下列必須要求的實驗條件是，入射小球A的質(zhì)量___________被碰小球B的質(zhì)量，入射小球A的半徑_______被碰小球B的半徑。（均選填“大于”、“小于”或“等于”）

（3）實驗中，OM=d1，OP=d2，ON=d3在實驗誤差允許范圍內(nèi)，若滿足關(guān)系式_______（用題中涉及的物理量的符號表示），則可以認(rèn)為兩球碰撞前后的總動量守恒。

（4）某實驗小組設(shè)計如圖丙所示的裝置來研究碰撞前后動能的變化，把白紙和復(fù)寫紙貼在豎直墻上，使小球從斜槽軌道滾下打在正對的豎直墻上，記錄小球的落點。仍然使用A球和B球進行實驗，重復(fù)驗證動量守恒時的其他操作步驟。M'、P'、N'為豎直記錄紙上三個落點的平均位置，小球靜止于水平軌道末端時球心在豎直記錄紙上的水平投影點為O'，測得O'M'=y1、O'P'=y2、O'N'=y3，在實驗誤差允許范圍內(nèi)，若滿足關(guān)系式________（用題中涉及的物理量的符號表示），則可認(rèn)為碰撞前后兩球的總動能相等。2、實驗小組用如圖1所示裝置來驗證兩個小球在斜槽末端碰撞時的動量守恒。A、B為兩個直徑相同的小球，質(zhì)量分別為m1、m2，且m1＞m2。實驗時，接球板水平放置，讓入射球A多次從斜軌上E點靜止釋放，平均落點為P1；再把被碰小球B靜放在水平軌道末端，再將入射小球A，從斜軌上某一位置靜止釋放，與小球B相撞，并多次重復(fù)，分別記錄兩個小球碰后的平均落點M1、N1。(1)為了確認(rèn)兩個小球的直徑相同，實驗小組用游標(biāo)卡尺對它們進行了測量，下面四幅圖分別是四次測量情景，其中最佳的操作是______。ABCD（2）關(guān)于該實驗的要求，說法正確的是______。A．斜槽末端必須是水平的B．斜槽軌道必須是光滑的C．必須測出斜槽末端的高度D．放上小球B后，A球必須仍從E點釋放

（3）圖1中O點為斜槽末端在接球板上的投影點，實驗中，測出、、的長度分別為、、，若兩球碰撞時動量守恒，則滿足的表達(dá)式為______（用題中給定的物理量表示）。

（4）圖3中，僅改變接球板的放置，把接球板豎放在斜槽末端的右側(cè)，O點為碰前B球球心在接球板上的投影點。使小球A仍從斜槽上E點由靜止釋放，重復(fù)上述操作，在接球板上得到三個落點M2、P2、N2，測出OM2、OP2、ON2長度分別為y1、y2、y3，若兩球碰撞時動量守恒，則滿足的表達(dá)式為______（用題中給定的物理量表示）。

（5）如圖4所示。再一次僅改變接球板的放置，讓接球板的一端緊靠在斜槽末端，使小球A仍從斜槽上E點由靜止釋放，重復(fù)第一次實驗操作，在接球板上得到三個落點M3、P3、N3，其中O點為斜槽末端與接球板的接觸點，測出OM3、OP3、ON3長度分別為l1、l2、l3，若兩球碰撞時動量守恒，則滿足的表達(dá)式為______（用題中給定的物理量表示）。參考答案高頻考點判斷方案1研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時的動量守恒1、在實驗前，必須把長木板的一端墊高，使小車能拖著紙帶勻速下行（√）2、兩輛小車的質(zhì)量必須相等（×）3、兩輛小車碰撞后必須保證兩輛小車以共同速度一起運動（√）方案2研究斜槽末端小球碰撞時的動量守恒1、某次實驗發(fā)現(xiàn)動量不守恒，則可能由于斜槽軌道粗糙引起的（×）2、入射球與靶球二者的直徑必須相同。（√）

3、在同一組實驗的不同碰撞中