初中化學示范實驗7：驗證動量守恒理論
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【實驗原理】
一維碰撞中，測量碰撞前后物體的質量m和物體的速度v、v'，求碰撞前的動量p=m1v1+m2v2和碰撞前的動量p'=m1v1'碰撞后+m2v2’，看看碰撞前后的動量是否守恒。
【實驗方法】
實驗方案一：借助氣墊滑軌完成一維碰撞實驗
【實驗設備】氣墊滑軌、光電計時器、天平、滑塊（兩個）、重錘、彈簧片、細繩、彈性碰撞架、膠帶、撞針、橡皮泥等。
【實驗步驟】 (1)質量測量：用天平測量滑塊的質量。
(2)安裝：正確安裝氣墊滑軌。
(3)實驗：接通電源，用配套的光電計時裝置測量不同條件下兩個滑塊的計時。
（①改變滑塊的質量。②改變滑塊初速度的大小和方向）碰撞前后的速度。
(4)驗證：一維碰撞動量守恒。
實驗方案2：借助等長的吊線懸掛等大小的球完成一維碰撞實驗
【實驗設備】細線擺球（兩套）、鐵架、天平、量角器、坐標紙、膠帶等。
【實驗步驟】 (1)質量測量：用天平測量兩個小球的質量m1和m2。
(2)安裝：用等長的吊線將兩個大小相等的球吊起來。
（3）實驗：一個小球靜止，另一個小球被拉起，當它落下時，它們發生碰撞。
(4)速度測量：可以檢測球被拉起的角度，進而計算出碰撞前對應球的速度，檢測碰撞后球擺動的角度，計算出碰撞后球的速度。碰撞后對應的球。
(5)改變條件：改變碰撞條件，重復實驗。
(6)驗證：一維碰撞動量守恒。
實驗方案三：兩車在光滑桌面上碰撞，完成一維碰撞實驗
【實驗設備】光滑長木板、打點計時器、紙帶、小車（兩個）、天平、撞針、橡皮泥。
【實驗步驟】 (1)測量質量：用天平測量兩輛車的質量。
（2）安裝：將打點定時器固定在光滑的長木板一端，用紙帶穿過打點定時器，連接到卡車側面，在打點定時器的碰撞端安裝撞針和橡皮泥。兩輛卡車。
(3)實驗：接通電源動量定理實驗設計，讓A車移動，B車靜止。 當兩輛車發生碰撞時，撞針插入橡皮泥中，兩輛車連成一體移動。
(4)速度測量：通過紙帶上兩個計數點之間的距離和時間，按v=ΔtΔx計算速度。
(5)改變條件：改變碰撞條件，重復實驗。
(6)驗證：一維碰撞動量守恒。
實驗方案四：借助滾珠在滑道上滾動來驗證動量守恒定律
【實驗器材】滑槽、小球（兩個）、天平、復寫紙、白紙等。
【實驗裝置】
【實驗步驟】（1）用天平測量兩個小球的質量，選擇質量較大的球作為入射球。
(2)如圖所示安裝實驗裝置。 調整并固定溜槽，使溜槽底部水平。
(3)白紙在下，復寫紙在上，鋪在合適的位置。 記下粗垂直線所指向的位置 O。
(4)握住被擊碎的球，讓擊發的球從滑槽上的固定高度滾下，重復10次。 使用圓規畫一個盡可能小的圓，以包圍球的所有著陸點。 中心P是球落點的平均位置。
(5)將被擊碎的球放在溜槽的末端，同時讓入射的球從溜槽中流出。
從高處自由滾落，使它們碰撞，重復實驗10次。有步驟
按照步驟(4)的方式，標記出擊球落點和被殺球落點的平均位置M
該點的平均位置N如圖所示。
（6）連接ON，檢測線段OP、OM、ON的粗細。 將測試數據填入表中。 最后代入m1=m1+m2看是否在偏差允許范圍內成立。 【來源：課題網ZXXK】
(7)整理實驗器材并放回原處。
(8)實驗推導：在實驗偏差范圍內，碰撞系統動量守恒。
【防范措施】
1、前提條件：兩個碰撞物體應為“水平”且“正面碰撞”。
2.節目提醒
(1)如果借助氣墊滑軌進行實驗，調整氣墊滑軌時要注意使用水平儀，保證滑軌水平。
(2)如果用擺球進行實驗，靜置時兩個小球的中心應在同一水平線上。 擺線應位于同一垂直平面內。
(3)如果用長木板進行實驗，可在長木板下墊一小塊木頭，以平衡摩擦力。
(4)如果借助滑槽進行實驗，入射球的質量應小于被接觸球的質量，即：m1>m2，以免m1急劇下降沖擊后。
3. 探究推論：所求的不變量在各種碰撞情況下必須不發生變化。
【案例分析】測試點1 借助氣墊滑軌驗證動量守恒理論
實施例1 同事用打點計時器和氣墊滑軌做了實驗，驗證動量守恒原理。 氣墊滑軌裝置如圖3A所示。 腔體滑軌的兩個工作面上均勻分布一定數量的小孔，將壓縮空氣源源不斷地注入滑軌的腔體中，空氣就會從小孔中噴出，使滑塊穩定地懸掛在滑軌上，這大大減少了滑塊與滑軌之間的摩擦造成的偏差。
圖3
（1）以下是實驗的主要步驟：【來源：課題網ZXXK】
① 安裝氣墊滑軌，調節氣墊滑軌調節旋鈕，使滑軌水平；
②向氣墊滑軌內注入壓縮空氣；
③將打點定時器固定在彈射架兩側靠近氣墊滑軌上端的地方，將紙帶穿過打點定時器和彈射架固定在滑塊1上端，調節滑軌的高度打點定時器，直至滑塊拖動紙帶時，紙帶始終處于水平方向；
④使滑塊1擠壓滑軌上端彈射架上的橡皮繩；
⑤ 將滑塊2放在氣墊滑軌中間，已知兩滑塊碰撞后會一起移動；
⑥先讓滑塊推動膠帶一起移動；
⑦取下紙帶，重復步驟④⑤⑥，選擇理想的紙帶如圖B所示；
⑧ 實測滑塊1（含撞針）質量為310g，滑塊2（含橡皮泥）質量為205g。
嘗試建立實驗步驟⑥的內容。
(2) 已知打點定時器每0.02秒打一個點。 估計兩個滑塊相互作用前的質量與速度的乘積之和為·m/s； 兩個滑塊相互作用后的質量與速度的乘積 總和為 kg·m/s（保留三位有效數字）【來源：..Net ZXXK】
(3) 試解釋(2)中兩個結果不完全相等的主要原因是
。
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【案例分析】測試點2借助平拋運動驗證動量守恒理論【來源】
例2（2011·北京文總·21（2）） 如圖4所示，“碰撞實驗器”可以用來驗證動量守恒原理，即研究碰撞前后動量的關系軌道水平部分的兩個小球。
圖4
①實驗中不易直接測量小球碰撞前后的速度，僅通過檢測（在選項前填寫符號）即可間接解決這個問題。
A。 球開始釋放高度 h
B． 球的投擲點距地面的高度H
C．球在平拋運動中的射速
②圖中O點為球投擲點在地面的垂直投影。 實驗中，讓入射球m1從斜坡上的位置S多次釋放，找到其平均落點位置P，并檢測水平填充距離OP。 之后，將被碰觸的球m2靜止地放在軌道的水平部分，然后入射球m1從坡道上的位置S釋放，與小球m2碰撞，如此重復多次。
然后是要完成的必要步驟。 （填寫選項前的符號）
A。 用天平測量兩個小球的質量m1和m2
B． 檢測球m1開始釋放的高度h
C。 檢測投擲點距地面的高度H
D． 分別求m1和m2碰撞后平均著陸點的位置M和N
E． 檢測扁平灌裝過程 OM、ON
③若兩球碰撞前后動量守恒，則其表達式可表示為（用②中檢測到的量表示）； 如果碰撞是彈性碰撞，則還應滿足表達式為（用②中檢測到的量表示） ．
④ 測量后，m1=45.0g，m2=7.5g，球落地點平均位置與O點的距離如圖5所示。m1碰撞前后的動量分別為p1和p1′，那么 p1:p1′=:11; 如果碰撞結束時 m2 的動量為 p2′，則 p1′:p2′=11:。
圖5
實驗結果表明，碰撞前后總動量之比為p1'+p2'p1。
⑤ 有朋友認為，在上述實驗中，僅改變兩個小球的材質，其他條件不變，平拋運動中所觸及的小球的射速就可以降低。 請利用④中的已知數據，分析估算觸球平拋運動m2的ON最大值為 。
【賽道訓練】
1、做“驗證動量守恒原理”實驗時，入射球a的質量為m1，接觸球b的質量為m2，小球的直徑為r。 每個小球的落點如圖6所示。關于該實驗的說法正確的是（ ）
A、最好使用與入射球和接觸球相同尺寸和質量的小球
B．讓入射球與被觸球連續碰撞10次，每次入射球必須從滑槽的不同位置滾下
C。 待驗證的表達式為m1=m1+m2
D． 待驗證的表達式為m1=m1+m2
E． 待驗證的表達式為 m1(-2r)=m1(-2r)+m2
2、同事利用圖7所示的裝置驗證動量守恒原理，用一根重量輕的細線將球1懸掛在O點，使得球1的中心到O點的距離懸掛點 O 為 L，將接觸到的球 2 放置在光滑水平的桌面上。 球1在右側A點從靜止狀態釋放（OA與垂直方向的傾斜角為α），當到達最高點時，正好與球2發生碰撞。碰撞后，球1繼續向左移動 在位置C處，球2落在水平地面上，到達距離桌子邊緣水平距離x處的點D。
(1) 上述數學量中的α、L、x均已在實驗中測得，為了驗證兩球碰撞過程中的動量守恒，需要測試的數學量為：
(2) 請用測得的化學量與已知的化學量相結合來表示球1和球2碰撞前后的動量：p1=； p1′=; p2=; p2′=.
3、為了驗證碰撞中動量守恒，應在氣墊滑軌上進行實驗，氣墊滑軌可以大大減少阻力，這樣可以認為碰撞前后滑塊的運動情況作為勻速運動。 可以提高實驗的可靠性和準確性。 在某次實驗中，兩個鋁制滑塊A、B在一條較長的水平氣墊滑軌上碰撞，用閃光燈每隔0.4秒拍攝一張照片，而且每次拍攝的閃光持續時間都很短。 如圖8所示，已知A、B之間的質量關系為mB=1.5mA，進行4次射擊，第一次是在兩個滑塊翻轉之前，接下來的3次是在兩個滑塊翻轉之后。碰撞。 A原本處于靜止狀態。 假設在閃光照片拍攝期間動量定理實驗設計，A、B的滑塊在10cm到105cm范圍內移動（根據滑塊上箭頭的位置），根據閃光照片嘗試找出：
圖8
(1) 滑塊A和B碰撞前后的速度分別是多少？
(2)根據閃光照片分析，顯示兩個滑塊碰撞前后動量是否守恒。
4、氣墊滑軌（如圖9）工作時，空氣從滑軌表面的小孔中噴出，在滑軌表面與滑軌之間形成一層薄薄的空氣。滑塊的內表面，使滑塊不接觸滑軌。 表面直接接觸，大大減少了滑塊移動時的阻力。 為了驗證動量守恒原理，在水平氣墊滑軌上放置兩個質量為a的滑塊，每個滑塊的一端分別與穿過打點計時器的紙帶連接。 兩個打點定時器所使用的電源頻率為b。 待氣墊滑軌正常工作后，打開兩個打點定時器的電源，讓兩個滑塊以不同的速度相向運動。 兩個滑塊碰撞后，它們粘在一起并繼續移動。
圖10是實驗中打印有透明點的紙帶的一部分。 在紙帶上，以6個相同寬度的連續點作為一段來定義紙帶。 用標尺分別測量其厚度x1、x2、x3。 若題中各化學量的單位為國際單位，則兩個滑塊碰撞前的動量分別為 ，則兩個滑塊的總動量為 ； 碰撞后兩個滑塊的總動量為 。 重復上述實驗幾次。 如果兩個滑塊碰撞前后的總動量在實驗偏差允許的范圍內相等，則動量守恒原理得到驗證。
圖10
5、氣墊滑軌上有兩個滑塊A、B。 開始時，兩個滑塊是靜止的，它們之間有一個壓縮的輕彈簧。 滑塊之間通過繩子連接（如圖11A所示），繩子燒斷后，兩個滑塊向相反方向移動。 圖B是它們運動過程的頻閃照片。 頻閃頻率為10Hz。 從圖中可以看出：
圖11
(1)A、B離開彈簧后，應移動。 已知滑塊A和B的質量分別為200g和300g。 根據照片中記錄的信息，從圖中可以看出，閃光燈照片與事實明顯不符。 地點是____。
(2) 如果不計此誤差，則分離后，A的動量為m/s，B的動量為m/s。 在本實驗中，得出“在實驗偏差允許的范圍內，兩個滑塊組成的系統動量守恒的推論依據是__。
參考答案
【案例分析】
例1 (1) 打開打點定時器電源，松開滑塊1 (2) 0.6200.618 (3) 紙帶與打點定時器限位孔有摩擦
例2①C②ADE或DEA或DAE
③m1·OM+m2·ON=m1·OP
m1·OM2+m2·ON2=m1·OP2
④142.91（1～1.01均可） ⑤76.8
【賽道訓練】
1.D.
2、（1）球1的質量m1、球2的質量m2、臺面高度h、OC與垂直方向的傾斜角β
(2)m1
3.視圖分析
分析（1）從標題的意思可以看出，
接觸前：vA=0
觸摸后：
m/s＝0.5m/s0.2[來源：Z,xx,k.Com]
從碰撞發生到第二次拍照，A移動的時間為
t1=vA'ΔxA"=0.750.15s=0.2s
可以看出，從拍到第一張照片到發生碰撞的時間為
t2=(0.4－0.2)s=0.2s
則物體 B 撞擊前的速度為
vB=Δt2ΔxB″=0.20.2m/s=1m/s
(2) 碰撞前動量：
p=mAvA+mBvB=1.5mA
碰撞后的動量：
p'=mAvA'+mBvB'=0.75mA+0.75mA=1.5mA，可見p=p'，因此兩個滑塊碰撞前后動量守恒。
4. 0...2ab(x1－x3)
0.4abx2
5、（1）勻速直線兩滑塊A、B之間的第一個區間
(2) 0.0180.018 兩個滑塊A、B動作前后的總動量保持不變，均為0