备考2020年高考物理一轮复习：26 实验： 验证动量守恒定律

如图所示，为“验证碰撞中的动量守恒”的实验装置示意图。已知a、b小球的质量分别为m_a、m_b ， 半径相同，图中P点为单独释放a球的平均落点，M、N是a、b小球碰撞后落点的平均位置.

用半径相同的小球1和小球2的碰撞验证动量守恒定律，实验装置如图所示，斜槽与水平槽圆滑连接。安装好实验装置，在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸，记下重锤线所指的位置O。

在做“验证动量守恒定律”的实验时

某同学利用打点计时器和气垫导轨做“验证动量守恒定律”的实验。气垫导轨装置如图所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成。在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔，向导轨空腔内不断通入压缩空气，空气会从小孔中喷出，使滑块稳定地漂浮在导轨上，这样就大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差。则：

⑴下面是实验的主要步骤：

①安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；

②向气垫导轨通入压缩空气；

③把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧，将纸带穿过打点计时器与弹射架并固定在滑块1的左端，调节打点计时器的高度，直至滑块拖着纸带移动时，纸带始终与导轨在水平方向上；

④使滑块1挤压导轨左端弹射架上的弹簧片；

⑤把滑块2放在气垫导轨的中间；

⑥先接通打点计时器的电源，然后放开滑块1，让滑块带动纸带一起运动；

⑦取下纸带，重复步骤④⑤⑥，选出理想的纸带如图所示；

⑧测得滑块1的质量为310g，滑块2（包括橡皮泥）的质量为205g。

⑵由于打点计时器每隔0.02s打一个点，那么，两滑块相互作用以前滑块1的速度v＝m/s。系统的总动量为kg•m/s；两滑块相互作用以后系统的总动量为kg•m/s（结果保留三位有效数字）。

⑶试说明（2）中两结果不完全相等的主要原因是。

某同学用如图所示装置探究“碰撞过程中的不变量”：将长木板放在水平桌面上，小车甲、乙放在长木板上，小车甲的前端粘有橡皮泥，后端连有纸带，纸带穿过打点计时器。将小木片垫在长木板下适当位置，推动小车甲使之做匀速直线运动，然后与原来静止在前方的小车乙相碰并粘合成一体，而后两车继续做匀速直线运动。已知打点计时器的打点频率为50Hz。

 

某小组同学为了验证动量守恒定律，在实验室找到了如图所示的实验装置．测得大小相同的a、b小球的质量分别为m_a、m_b ， 实验得到M、P、N三个落点。图中P点为单独释放a球的平均落点。

为了验证碰撞中的动量守恒和检验两个小球的碰撞是否为弹性碰撞，某同学选取了两个体积相同、质量不相等的小球，按下述步骤做了如下实验：

①用天平测出两个小球的质量(分别为m₁和m₂ ， 且m₁＞m₂)。

②按照如图所示的那样，安装好实验装置。将斜槽AB固定在桌边，使槽的末端处的切线水平，将一斜面BC连接在斜槽末端。

③先不放小球m₂ ， 让小球m₁从斜槽顶端A处由静止开始滚下，记下小球在斜面上的落点位置。

④将小球m₂放在斜槽末端边缘处，让小球m₁从斜槽顶端A处由静止开始滚下，使它们发生碰撞，记下小球m₁和m₂在斜面上的落点位置。

⑤用毫米刻度尺量出各个落点位置到斜槽末端点B的距离，图中D、E、F点是该同学记下的小球在斜面上的几个落点位置，到B点的距离分别为L_D、L_E、L_F。

某同学用如图1所示装置，通过半径相同的A、B两球的碰撞来验证动量守恒定律．

如图所示的装置中，质量为m_A的钢球A用细线悬挂于O点，质量为m_B的钢球B放在离地面高度为H的小支柱N上．O点到A球球心的距离为L.使悬线在A球释放前伸直，且线与竖直线的夹角为α，A球释放后摆动到最低点时恰与B球正碰，碰撞后，A球把轻质指示针OC推移到与竖直线夹角为β处，B球落到地面上，地面上铺一张盖有复写纸的白纸D.保持α角度不变，多次重复上述实验，白纸上记录到多个B球的落点．

如图甲为“碰撞中的动量守恒”实验装置示意图

甲 乙

某实验小组利用如图1所示的实验装置验证动量守恒定律．实验的主要步骤如下：

⑴用游标卡尺测量小球A、B的直径d，其示数均如图2所示，则直径d＝ mm，用天平测得球A、B的质量分别为m₁、m₂.

⑵用两条细线分别将球A、B悬挂于同一水平高度，且自然下垂时两球恰好相切，球心位于同一水平线上．

⑶将球A向左拉起使其悬线与竖直方向的夹角为α时由静止释放，与球B碰撞后，测得球A向左摆到最高点时其悬线与竖直方向的夹角为θ₁ ， 球B向右摆到最高点时其悬线与竖直方向的夹角为θ₂.

⑷若两球碰撞前后的动量守恒，则其表达式为；若碰撞是弹性碰撞，则还应满足的表达式为．(用测量的物理量表示)

某实验小组用如图所示的气垫导轨完成“验证动量守恒”的实验。图中A、B是带有碰撞装置和遮光片的滑块，可在气垫导轨上无摩擦地滑动。光电门C、D固定，通过光电计时器(图中未画出)可测出遮光片通过光电门的时间。主要实验步骤如下：

(ⅰ)用天平分别测出A、B两滑块的质量并记录。

(ⅱ)用游标卡尺分别测出A、B两滑块上遮光片的宽度并记录。

(ⅲ)调整气垫导轨使之水平。   

(ⅳ)将滑块A、B静止放在气垫导轨的图示位置上。

(ⅴ)给A一个水平冲量，使之水平向右运动，观察A、B碰撞的情况，记录A、B上的遮光片经过光电门C、D的时间。

(ⅵ)重复步骤ⅳ、ⅴ三至五次。

(ⅶ)分析数据，得出结论。

若某次实验步骤(ⅴ) 中滑块A两次经过光电门C，实验记录如下

mA(g)	mB(g)	dA(cm)	dB(cm)	滑块A第一次经过C的时间(ms)	滑块A第二次经过C的时间(ms)	滑块B经过D的时间(ms)
	150	1.00	1.00	5.00	25.00	6.25

请回答下列问题

如图，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.