驗證動量守恒 測速各顯其能

湖北 許 文

動量守恒定律是自然界中普遍適用的物理規律之一，驗證動量守恒定律是一個經典的力學實驗。該實驗一般采用兩物體的一維碰撞或反沖運動，通過測出過程前后系統的總動量在一定的實驗誤差范圍內是否相等，來驗證動量守恒定律。此實驗的設計方案主要是圍繞測量物體的速度這一角度來創新的，通過改變測量手段與測量技術，盡顯測速技能。

一、解析經典實驗

驗證動量守恒定律的經典實驗方案是利用兩小球在水平方向進行一維碰撞，通過平拋運動規律測量小球碰撞前后的速度。

1.器材與裝置如圖1所示。

圖1

3.驗證的等式：

(1)兩球在碰撞中動量守恒，應滿足

ma·OP=ma·OM+mb·ON；

(2)兩球進行彈性碰撞，除上式成立外，還應滿足

ma·OP2=ma·OM2+mb·ON2。

4.誤差分析：該設計方案的實驗誤差主要表現在：測量兩球的質量及小球做平拋運動的水平位移大小存在一定的偶然誤差；兩小球不是一維正碰也會產生一定的實驗誤差。

此實驗的經典設計方案是根據平拋運動規律，在平拋運動時間相同的情況下，用平拋運動的水平位移大小替代平拋運動的初速度大小，把小球碰撞前后不易直接測量的平拋運動的初速度大小轉化為易直接測量的平拋運動水平位移大小，從而簡化實驗操作與數據處理過程。

二、例析創新方案

1.兩球水平方向一維碰撞，通過斜面平拋規律測速

【例1】為了驗證碰撞中的動量是否守恒和檢驗兩個小球的碰撞是否為彈性碰撞，某同學選取了兩個體積相同、質量不相等的小球，按下述步驟進行實驗。……