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第一章 動量守恒定律
第4節 實驗：驗證動量守恒定律
一、實驗思路
1、實驗的目的是什么？
驗證動量守恒
提出問題：動量守恒定律的適用條件是系統不受外力，或者所受外力的矢量和為0。這些都是理想化的條件，現實生活中難以實現。怎么辦？
提出思路：我們生活中常見的碰撞情形，碰撞時其內力遠遠大于外力，近似滿足動量守恒的條件，故我們可以通過碰撞實驗來驗證動量守恒定律。
2、需要測量哪些物理量？怎么測量？
一、實驗思路
質量m怎么測？
速度v怎么測？
天平
你可以有哪些方法測量物體的速度？
光電門+數字計時器
打點計時器
頻閃照片
平拋知識
擺球的擺角
……
不同測速度的方法，就對應不同的實驗方案！
二、實驗方案
方案1：研究氣墊導軌上滑塊碰撞時的動量守恒
（1）實驗器材：氣墊導軌、光電計時器、遮光片、天平、滑塊（兩個）、彈簧片、細繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥等。
氣墊導軌
碰撞滑塊
光電門
遮光片
（2）實驗設計：
在一種實驗情形下動量守恒，就能說明動量守恒定律是正確的、普遍成立的嗎？
情景1：兩個滑塊相互碰撞的端面上安裝彈性碰撞架，滑塊碰撞后隨即分開
情景2：兩個滑塊的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥，滑塊碰撞后連成一體
情景3：兩個滑塊間放置輕彈簧，擠壓兩個滑塊使彈簧壓縮，并用一根細線將兩滑塊固定，燒斷細線后兩滑塊彈開
思考與討論
1、氣墊導軌是否需要調成水平？如果需要，你能想出哪些辦法？
2、如果物體碰撞后的速度方向與原來的方向相反，應該怎樣記錄？
接通氣泵，將滑塊置于氣墊導軌上，滑塊能夠短時間內保持靜止或者輕推滑塊，滑塊通過兩個光電門的時間相同
選取一個正方向，速度與正方向相同時記錄為正值，與正方向相反時記錄為負值
3、遮光片寬度大些好還是小些好？
小些好，這樣計算出來的速度更精確
（3）實驗過程及數據處理：
（4）誤差分析：
說說看：碰撞前后系統的總動量有差異，其可能原因是什么？
二、實驗方案
方案2：研究斜槽末端小球碰撞時的動量守恒
（1）實驗器材：
斜槽軌道、半徑相等質量不等的兩個小球、白紙、復寫紙、重垂線、刻度尺、圓規、天平等。
白紙 （下面鋪復寫紙）
兩個碰撞小球
斜槽軌道
重錘線
（2）實驗設計：
先讓質量較大的球（入射小球A，質量記作m1）從斜槽上由靜止滾下來
再在斜槽末端放上另一個質量較小、大小相同的小球（被碰小球B，質量記作m2），讓入射小球仍從同一位置由靜止釋放，與被碰小球發生碰撞，之后兩球都做平拋運動。
思考與討論
1、怎么確保小球做的是平拋運動呢？
2、怎樣測量兩球碰撞前后瞬間的速度呢？
將斜槽末端調至水平
驗證方法：將小球放在斜槽末端，調節斜槽至能使小球靜止即可
可以利用平拋運動的水平與豎直位移，求出碰撞前后兩球做平拋運動的初速度
3、需要具體測出小球做平拋運動的初速度嗎？
思考與討論
不需要
因為兩球做平拋運動的高度相同，故所用時間t相同，水平位移為x，則小球平拋的初速度
由此可知小球的初速度與水平位移成正比，因而可以把對小球初速度的測量轉化為對水平位移的測量
思考與討論
4、實驗裝置中重錘線起什么作用？
先要在白紙上記下重錘線所指的位置O，此點為入射小球碰前球心的豎直投影點，也是兩球做平拋運動起點的豎直投影點，即用來測量兩球水平位移的起點
思考與討論
5、如何記錄并測量小球飛出的水平距離？
先不放被碰小球，讓入射小球A從斜槽上某一位置由靜止滾下，記錄平拋的水平位移OP
再在斜槽末端放上被碰小球B，讓A球仍從同一位置由靜止釋放，與被碰小球發生碰撞，記下兩小球離開斜槽做平拋運動的水平位移OM、ON
思考與討論
6、如何記錄并測量小球飛出的水平距離？
重復多次實驗，每個位置獲得多組落點，用圓規畫出盡量小的圓，把所有的小球落點圈在里面，圓心即為小球落點的平均位置
圓心即為落點的平均位置
思考與討論
7、該方案是如何驗證動量守恒定律的？
8、該方案的實驗誤差主要來源于哪里？
驗證 與 在誤差允許范圍內是否相等
入射小球每次釋放時未能很好的保持在同一高度
小球平拋起點在白紙上的投影與O點不完全重合
確定小球落點位置存在誤差
存在空氣阻力的影響等等
（3）實驗過程及數據處理：
二、實驗方案
方案3：用打點計時器驗證動量守恒
橡皮泥
讓小車A以某速度做勻速直線運動，與置于木板上靜止的小車B相撞并粘在一起，繼續做勻速直線運動
思考與討論
1、本實驗要不要調節木板的傾斜程度，以平衡摩擦力？
為便于測量碰撞前瞬間小車A的速度，所以需要將長木板的一端墊高，以平衡摩擦力，使小車能在木板上做勻速直線運動
2、如果某次實驗中得到的紙帶如圖所示，計算小車A碰前的速度大小應選哪段？計算兩車碰撞后的速度大小應選哪段？為什么？
因為碰撞前后，小車的速度都為勻速運動，只有碰撞過程中為變速運動，所以碰前選擇BC段，碰后選擇DE段
三、其它方案

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