一、實驗目的1．驗證兩小球碰撞過程中的動量守恒．2．掌握實驗操作步驟和所需的實驗儀器的性能．3．知道實驗注意事項，會進行誤差分析，并在實驗中盡量減小誤差．二、實驗器材斜槽、定位板、小球(兩個)、天平、復寫紙、木板、白紙等．
三、實驗原理入射球與靜止的靶球發(fā)生正碰，驗證碰前兩球的總動量m1v1，與碰后兩球的總動量m1v1′＋m2v2′相等．需要測量以下幾個物理量．1．入射球質(zhì)量m1和靶球質(zhì)量m2：用天平來測量質(zhì)量．2．碰前入射球的速度v1與碰后入射球的速度v1′和靶球的速度v2′：因小球從斜槽上滾下后做平拋運動，速度可由平拋運動的規(guī)律來求，代入公式m1v1＝m1v1′＋m2v2′即可驗證．3．由于小球下落的高度相同，小球的水平速度若用飛行時間做時間單位，在數(shù)值上就等于小球飛出的水平距離．所以只要測出小球的質(zhì)量及兩球碰撞前后飛出的水平距離，代入公式就可以驗證動量守恒定律．
一、實驗步驟　(1)按上圖所示安裝實驗儀器，通過水平調(diào)節(jié)螺釘使斜槽末端處于水平，鋼球放在上面能保持靜止狀態(tài)．在木板上依次鋪上白紙、復寫紙．利用重垂線在白紙上分別標注斜槽水平段端口、靶球初位置(支球柱)在白紙平面的投影點O和點O′.
(2)用天平測出兩個大小相同、但質(zhì)量不同的鋼球的質(zhì)量，質(zhì)量大的鋼球m1作為入射球，質(zhì)量小的鋼球m2作為靶球．(3)先讓入射球單獨從斜槽上端緊靠定位板的位置自由滑下，在白紙上留下落地碰撞的痕跡．(4)讓入射球從斜槽上端同一位置自由滑下，與放在支球柱上的靶球發(fā)生碰撞，兩球分別在白紙上留下落地碰撞的痕跡．(5)測出入射球m1兩次落地碰撞點與點O′的距離s和s1，靶球m2落地碰撞點與點O′的距離s2.
二、數(shù)據(jù)處理驗證m1s＝m1s1＋m2s2是否成立．三、注意事項1．斜槽末端的切線必須水平．2．支球柱要與斜槽等高．3．入射小球每次都必須從斜槽同一高度由靜止釋放．4．入射球質(zhì)量大于被碰球的質(zhì)量．
四、誤差分析1．系統(tǒng)誤差：主要來源于裝置本身是否符合要求．(1)碰撞是否為一維．(2)實驗是否滿足動量守恒的條件，如氣墊導軌是否水平，兩球是否等大，用長木板實驗時是否平衡掉摩擦力．2．偶然誤差：主要來源于質(zhì)量m1、m2和碰撞前后速度(或水平射程)的測量．
類型一　實驗原理及操作【典例1】　用如下圖所示的裝置，來完成“驗證動量守恒定律”的實驗．實驗中使用的小球1和2半徑相等，用天平測得質(zhì)量分別為m1、m2，且m1> m2.在水平木板上鋪一張白紙，白紙上面鋪放復寫紙，記下重垂線所指的位置O.先不放小球2，使小球1從斜槽上某一點S由靜止?jié)L下，落到水平木板上的P點．再把小球2靜置于斜槽軌道末端，重復上述操作，小球1和小球2碰撞后分別落在水平木板上，在白紙上留下各自落點的痕跡．
(1)實驗中，直接測定小球碰撞前后的速度是不容易的，可以通過測量小球做平拋運動的水平射程來解決這個問題，確定碰撞前后落點的位置P、M、N，用刻度尺測量出水平射程OP、OM、ON.①本實驗必須滿足的條件是______；A．斜槽軌道必須是光滑的B．斜槽軌道末端必須是水平的C．小球1每次必須從同一位置由靜止釋放②若兩球相碰前后的動量守恒，其表達式為OP＝_______________.(用m1、m2、OM、ON表示)
解析：①保證小球每次從同一位置由靜止釋放，摩擦力的影響相同即可，不需要使斜槽軌道光滑，故A錯誤；小球從斜槽末端拋出后做平拋運動，故斜槽末端必須保持水平，故B正確；小球1每次必須從同一位置由靜止釋放，才能使小球拋出的速度保持不變，故C正確．故選BC．
(2)在上述實驗中換用不同材質(zhì)的小球，其他條件不變，記錄下小球的落點位置．下面三幅圖中，可能正確的是________．
類型二　實驗數(shù)據(jù)處理和誤差分析【典例2】　利用圖甲所示的裝置驗證動量守恒定律．氣墊導軌上有A、B兩個滑塊，滑塊A右側(cè)帶有一彈簧片，左側(cè)與穿過打點計時器(圖中未畫出)的紙帶相連；滑塊B左側(cè)也帶有一彈簧片，上面固定一遮光片，光電計時器(未完全畫出)可以記錄遮光片通過光電門的時間．實驗測得滑塊A的質(zhì)量m1＝0.3 kg，滑塊B的質(zhì)量m2＝0.1 kg，遮光片的寬度d用游標卡尺測量，如圖丙所示；打點計時器所用的交流電的頻率f＝50 Hz.將光電門固定在滑塊B的右側(cè)，啟動打點計時器，給滑塊A一向右的初速度，使它與B相碰；碰后光電計時器顯示的時間tB＝2.86×10－3 s，碰撞前后打出的紙帶如圖乙所示．
(1)遮光片的寬度d＝______________mm.解析：遮光片的寬度d＝8 mm＋6×0.05 mm＝8.30 mm.(2)計算可知兩滑塊相互作用以前系統(tǒng)的總動量為____________kg·m/s，兩滑塊相互作用以后系統(tǒng)的總動量為________kg·m/s.(計算結(jié)果保留兩位小數(shù))
類型三　實驗創(chuàng)新應用【典例3】　(2024·江蘇省木瀆高級中學月考)如圖所示是驗證動量守恒定律實驗中獲得的頻閃照片．已知A、B兩滑塊的質(zhì)量分別是mA、mB，A 滑塊向右運動，與原來處于靜止狀態(tài)的B 滑塊碰撞；碰撞前后共進行了四次拍攝，第一次是在兩滑塊相撞之前，以后的三次是在碰撞之后，并且A、B滑塊在拍攝頻閃照片的這段時間內(nèi)是在20 cm至115 cm這段范圍內(nèi)運動(以滑塊上的箭頭位置為準).試根據(jù)頻閃照片(閃光時間間隔為0.5 s)回答問題．
(1)根據(jù)頻閃照片分析可知碰撞發(fā)生位置在________cm刻度處．解析：由題意可知，滑塊B原來靜止，第一次拍攝發(fā)生在碰撞前，則碰撞發(fā)生在B靜止的位置，由題圖所示照片可知，碰撞發(fā)生在40 cm刻度處．
(2)A滑塊碰撞前的速度記為vA，由上圖數(shù)據(jù)計算可得： A滑塊碰撞后的速度vA′＝___________m/s，B滑塊碰撞后的速度vB′＝__________m/s.
(3)根據(jù)頻閃照片分析，兩滑塊組成的系統(tǒng)在相互作用過程中，若滿足表達式__________________[用題干及(2)問所給字母表示]可以得出結(jié)論：在誤差范圍內(nèi)，兩滑塊組成的系統(tǒng)在相互作用過程中動量守恒．
解析：對碰撞過程，以向右為正方向，碰撞前后動量守恒，即滿足表達式mAvA＝mAvA′＋mBvB′.
mAvA＝mAvA′＋mBvB′
(4)根據(jù)(2)(3)，此碰撞________(選填“是”或“不是”)彈性碰撞，請說明理由．

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第三節(jié) 動量守恒定律

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