第 一 章
动量守恒定律
第 第 4 4 节
实验：验证动量守恒定律
本节课程的内容主要是通过理论指导实验，让学生在实验中了解弹性碰撞和非弹性碰撞的特点。了解不同实验方案的基本思路、实验装置及注意事项，最重要的是要能够对所测量的实验数据进行科学分析，最终实现减小实验误差，并能够验证动量守恒的目的。
【 物理观念】通过两种实验方案验证动量守恒； 【 科学思维】按照实验思路设计不同试验方案，科学的在不同实验方案中对各物理量进行测量，对实验数据进行分析，最大程度的减小实验误差，达到验证动量守恒的目的；对于发展学生的运动与相互作用的观念和科学思维至关重要。
【 科学探究】准确理解实验思路，从更好的执行两种实验方案，达到对实验进行探究或验证的目的，在实验中要注重各物理量之间的相互关系，加深对物体相互作用过程中系统动量守恒的理解； 【 科学态度与责任】在物理实验中要有严谨的实验思路，学会从多个方面思考问题，用实验来验证物理规律，在物理实验中养成良好的团队合作精神。
【教学重点】用两种试验方案验证动量守恒的实验思路与注意事项； 【教学难点】两种实验方案中各物理量的测量及实验数据分析。
一、 【 引入新课】
】
动量守恒定律的适用条件是系统不受外力，或者所受外力的矢量和为 0。我们生活中的物体受到各种力的作用，难以满足这种理想化的条件。但是，在某些情况下，可以近似满足动量守恒的条件。
二、 【 进行 新课】
】
探究点一、研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 实验思路
动量守恒定律的适用条件是系统不受外力，或者所受外力的矢量和为 0。我们生活中的物体受到各
种力的作用，难以满足这种理想化的条件。但是，在某些情况下，可以近似满足动量守恒的条件。
本案例中，我们利用气垫导轨来减小摩擦力，利用光电计时器测量滑块碰撞前后的速度。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量。
实验器材 气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个)、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等．
实验步骤：
1.选取两个质量不同的滑块，在两个滑块相互碰撞的端面装上弹性碰撞架（图 1），滑块碰撞后随即分开。
2.在两个滑块的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥（图 2），碰撞时撞针插入橡皮泥中，使两个滑块连成一体运动。如果在两个滑块的碰撞端分别贴上尼龙拉扣，碰撞时它们也会连成一体。
图 1 滑块碰撞后分
图 2 滑块碰撞后粘连 3.原来连在一起的两个物体，由于相互之间具有排 斥的力而分开，这也可视为一种碰撞。这种情况可以通过下面的方式实现。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（图 3）。
图 3 弹簧使静止滑块分开 物理量的测量 (1)滑块的质量用天平直接测量。
(2)速度的测量：v＝ ΔxΔt
，式中的 Δx 为滑块上挡光板的宽度，Δt 为光电计时器记录的滑块上的挡光板经过光电门的时间。
碰撞情境的实现 利用轻质弹簧、细线、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等设计各种类型的碰撞，通过在滑块上添加已知质量的物块来改变碰撞物体的质量。
(1)情境 1：质量不同的两滑块，一静一动碰撞； (2)情境 2：两滑块追碰、相向碰，碰撞后分开； (3)情境 3：两滑块挤压弹簧后用细线连接，烧断细线后两滑块分开； (4)情境 4：两滑块碰撞后，撞针插入橡皮泥中，使滑块连成一体。
数据记录与处理 (1)规定正方向，碰撞前后速度的方向与正方向相同为正，相反为负。
(2)通过计算碰撞前后的总动量，检验是否满足动量守恒定律。
探究点二、研究斜槽末端小 球碰撞时的动量守恒
本案例中，我们研究两个小球在斜槽末端发生碰撞的情况。
实验器材 斜槽、小球(两个)、天平、复写纸、白纸等． 测质量：用天平测出两个小球的质量，并选质量大的小球为入射小球。
实验装置：
将斜槽安装在水平桌面上，并调整斜槽使其末端水平，在地面上铺上白纸，上面再铺好复写纸，记下重垂线所指的位置 O。
实验操作：
如图所示。将斜槽固定在铁架台上，使槽的末端水平。让一个质量较大的小球（入射小球）从斜槽上滚下跟放在斜槽末端的另一个大小相同、质量较小的小（被碰小球）发生正碰。
使入射小球从斜槽不同高度处滚下，测出两球的质量以及它们每次碰撞前后的速度，就可以验证动
量守恒定律。
实验装置 小球的质量可以用天平来测量。怎样测量两球碰撞前后瞬间的速度呢？两个小球碰撞前后瞬间的速度方向都是水平的，因此，两球碰撞前后的速度，可以利用平抛运动的知识求出。
在这个实验中也可以不测量速度的具体数值。做平抛运动的小球落到地面，它们的下落高度相同，飞行时间也就相同。因此，小球碰撞后的速度之比就等于它们落地时飞行的水平距离之比。根据这一思路，也可以验证动量守恒定律。
实验操作：
注意事项：
(1)“水平”和“正碰”是操作中应尽量予以满足的前提条件。
(2)斜槽末端必须水平。
(3)入射球的质量应大于被碰球的质量。
(4)入射球每次都必须从斜槽上同一位置由静止开始滚下。
随堂练习 例 1 如图所示，用碰撞实验器可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系． (1)实验中，直接测量小球碰撞前后的速度是不容易的，但是，可以通过仅测量______(填选项前的符号)，间接地解决这个问题． A．小球开始释放高度 h B．小球抛出点距地面的高度 H
C．小球做平抛运动的射程
(2)图中 O 点是小球抛出点在地面上的垂直投影，实验时先让入射球 m 1 多次从斜轨上 Q 位置静止释放，找到其平均落地点的位置 P，测量平抛射程 OP，然后，把被碰小球 m 2 静置于轨道的水平部分，再将入射球 m 1 从斜轨上 Q 位置静止释放，与小球 m 2 相碰，并多次重复．接下来要完成的必要步骤是________．(填选项前的符号) A.用天平测量两个小球的质量 m 1 、m 2
B.测量小球 m 1 开始释放的高度 h C.测量抛出点距地面的高度 H D.分别找到小球 m 1 、小球 m2 相碰后平均落地点的位置 M、N E.测量平抛射程 OM、ON 【答案】：(1)C (2)ADE 【解析】(1)小球碰前和碰后的速度都用平抛运动来测量，即 v＝xt
.而由 H＝12 gt2 知，每次竖直高度相等，平抛时间相等．即 m 1OPt ＝m 1 OMt＋m 2ONt；则可得 m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，故只需测射程，C 项正确． (2)由表达式知，在 OP 已知时，需测量 m1、m2、OM 和 ON，故必要步骤为 A、D、E. 例 2 某同学用如图甲所示装置来验证动量守恒定律，实验时先让小球 a 从斜槽轨道上某固定点处由静止开始滚下，在水平地面上的记录纸上留下痕迹，重复 10 次；然后再把小球 b 静置在斜槽轨道末端，让小球 a 仍从原固定点由静止开始滚下，和小球 b 相碰后，两球分别落在记录纸的不同位置处，重复 10 次．回答下列问题：
(1)在安装实验器材时斜槽的末端应________．
(2)小球 a、b 质量 ma、mb 的大小关系应满足 ma________mb，两球的半径应满足 ra________rb.(均选填“＞”“＜”或“＝”) (3)本实验中小球平均落地点的位置距 O 点的距离如图乙所示，小球 a、b 碰后的平均落地点依次是图乙中的________点和________点． (4)在本实验中，验证动量守恒的式子是下列选项中的________． A．ma·OC＝ma·OA＋mb·OB B．ma·OB＝ma·OA＋mb·OC C．ma·OA＝ma·OB＋mb·OC 【答案】
(1)保持水平 (2) ＞ ＝
(3)A,C
(4)
B 【解析(1)小球离开轨道后应做平抛运动，所以在安装实验器材时斜槽的末端必须保持水平，才能使小球做平抛运动． (2)为防止在碰撞过程中入射小球被反弹，入射小球 a 的质量 ma 应该大于被碰小球 b 的质量 mb.为保证两个小球的碰撞是对心碰撞，两个小球的半径应相等． (3)由题图甲所示装置可知，小球 a 和小球 b 相碰后，根据动量守恒和能量守恒可知小球 b 的速度大于小球 a 的速度．由此可判断碰后小球 a、b 的落点位置分别为 A 点、C 点．
相关热词搜索： 守恒定律 动量 备课
