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实验：验证动量守恒定律【实验目的】验证碰撞中的动量守恒．【实验原理】质量为m1和m2的两个小球发生正碰，若碰前m1运动，m2静止，根据动量守恒定律应有m1v1＝m1v1′＋m2v2′.因小球从斜槽上滚下后做平抛运动，由平抛运动知识可知，只要小球下落的高度相同，在落地前运动的时间就相同，则小球的水平速度若用飞行时间作时间单位，在数值上就等于小球飞出的水平距离．所以只要测出小球的质量及两球碰撞前后飞出的水平距离，代入公式就可验证动量守恒定律．【实验器材】斜槽、大小相等质量不同的小钢球两个、重锤线一条、白纸、复写纸、天平一台、刻度尺、圆规、三角板．【实验步骤】1．先用天平测出小球质量m1、m2.2．按图那样安装好实验装置，将斜槽固定在桌边，使槽的末端点切线水平，把被碰小球放在斜槽前边的小支柱上，调节实验装置使两小球碰撞时处于同一水平高度．且碰撞瞬间，入射球与被碰球的球心连线与轨道末端的切线平行，以确保正碰后的速度方向水平．3．在地面上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸．4．在白纸上记下重锤线所指的位置O，它表示入射球m1碰前的位置．5．先不放被碰小球，让入射球从斜槽上同一高度处滚下，重复10次，用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面．圆心就是入射球不碰时的落地点P.6．把被碰小球放在小支柱上，让入射小球从同一高度滚下，使它们发生正碰，重复10次，仿步骤5求出入射小球落点的平均位置M和被碰小球落点的平均位置N.7．过O、N在纸上作一直线，取OO′＝2r，O′就是被碰小球碰撞时的球心投影位置．(用刻度尺和三角板测小球直径2r)8．用刻度尺量出线段的长度OP、OM、O′N，把两小球的质量和相应的速度数值代入m1OP＝m1OM＋m2O′N看是否成立．9．整理实验器材放回原处．【注意事项】1．斜槽末端的切线必须水平，调整方法是让碰撞的小球放在斜槽末端水平部分的任一位置都能静止．2．使小支柱与槽口的距离等于小球直径．3．认真调节小支柱的高度，既使两小球碰撞时球心在同一高度上，又使球心连线与斜槽末端的切线相平行．4．入射小球必须从斜槽同一高度由静止释放．5．入射小球的质量应大于被碰球的质量．6．实验过程中实验桌、斜槽、记录的白纸位置要始终保持不变．【误差分析】实验所研究的过程是两个不同质量的金属球发生水平正碰，因此“水平”和“正碰”是碰撞中应尽量予以满足的前提条件．实验中两球球心高度若不在同一水平面上，会给实验带来误差．每次静止释放入射小球的释放点越高，两球相碰时内力越大，动量守恒的误差越小．应进行多次碰撞，落点取平均位置来确定，以减小偶然误差．例1(2019年辽宁期末)在做“验证动量守恒定律”的实验中，装置如图甲．(1)需要的测量仪器或工具有______．A．秒表B．天平C．刻度尺D．重锤线E．打点计时器F．圆规(2)本实验中必须的条件是______．A．两小球碰撞时，球心必须在同一高度上B．斜槽轨道末端的切线必须水平C．入射球和被碰球的质量必须相等，且大小相同D．入射球每次必须从轨道的同一位置由静止滚下(3)某次实验中得出的落点情况如图乙所示，假设碰撞过程中动量守恒，则入射小球质量m1和被碰小球质量m2之比为________．(4)在做“验证动量守恒定律”的实验中，对产生误差的主要原因表述正确的是________．A．碰撞前入射小球的速度方向、碰撞后两小球的速度方向不是在同一直线上B．倾斜部分轨道对入射小球的摩擦力作用C．没有测量高度，算出具体的平抛时间D．测量长度的误差解析：(1)本实验需要天平称量物体的质量，需要刻度尺测量长度，需要重锤线调节轨道末端水平，需要圆规找物体的平均落点，故选B、C、D、F.(2)要保证碰撞是一维的，即保证两物体在碰撞之前沿同一直线运动，故A正确；要保证碰撞后两个球做平抛运动，故斜槽轨道末端的切线必须水平，故B正确；入射球质量要大于被碰球质量，即m1m2，防止碰后m1被反弹，故C错误；为保证碰撞的初速度相同，入射球每次必须从轨道的同一位置由静止滚下，故D正确．(3)根据动量守恒定律，有m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，代入数据有m1×0.255＝m1×0.155＋m2×0.380，解得m1∶m2＝19∶5.(4)要保证两物体在碰撞之前沿同一直线运动，碰撞之后还沿这条直线运动，若碰撞前入射小球的速度方向、碰撞后两小球的速度方向不是在同一直线上会产生较大的误差，故A正确；倾斜部分轨道对入射小球有摩擦力作用，但只要入射球每次必须从轨道的同一位置由静止滚下，即可保证碰撞的初速度相同，故B错误；【答案】(1)BCDF(2)ABD(3)19∶5(4)AD小球做平抛运动的时间由高度差决定，由于高度差一定，故平抛的时间都相同，故水平射程与平抛的初速度成正比，故不需要测量高度差，只要满足m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，就一定有m1v1＝m1v1′＋m2v2′，故C错误；测量长度的误差对最终动量是否守恒的验证会有影响，故D正确．例2实验设计与误差分析．气垫导轨是常用的一种实验仪器．它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫，使滑块悬浮在导轨上，滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦．我们可以用带有竖直挡板C和D的气垫导轨以及滑块A和B来验证动量守恒定律，实验装置如图所示(弹簧的长度忽略不计)，采用的实验步骤如下：a．用天平分别测出滑块A、B的质量mA、mBb．调整气垫导轨，使导轨处于水平c．在A和B间放入一个被压缩的轻弹簧，用电动卡销锁定，静止放置在气垫导轨上d．用刻度尺测出滑块A的左端至挡板C的距离L1e．按下电钮放开卡销，同时使分别记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作．当A、B滑块分别碰撞C、D挡板时停止计时，记下滑块A、B分别到达挡板C、D的运动时间t1和t2(1)实验中还应测量的物理量是___________________．(2)利用上述测量的实验数据，验证动量守恒定律的表达式是_____________，上式中算得的A、B两滑块的动量大小并不完全相等，产生误差的原因是____________.(回答两点即可)(3)利用上述实验数据能否测出被压缩弹簧的弹性势能的大小？如能，请写出表达式；如不能，请说明理由．解析：实验条件发生变化，实验方案也发生变化，本题考查学生熟练利用实验原理解决不同物理情景下的问题的能力．(1)还应测出滑块B的右端到挡板D的距离L2，以便求出滑块B的速度．(2)由动量守恒定律得mAvA＝mBvB，vA＝L1t1，vB＝L2t2.所以动量守恒的表达式：mAL1t1＝mBL2t2.实验误差：气垫导轨不水平；测量m1、m2、L1、L2、t1、t2时带来的误差；滑块与导轨间有摩擦等．(3)能．弹性势能的表达式如下：Ep＝12mAv2A＋12mBv2B＝12mAL1t12＋12mBL2t22.