王金兵

摘 要：掌握常規(guī)考法，關(guān)注實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，對比研究了動量守恒定律實(shí)驗(yàn)的幾種設(shè)計(jì)方案。通過常規(guī)操作方法和創(chuàng)新操作方法的對比，拓寬學(xué)生視野，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

關(guān)鍵詞：動量守恒定律；創(chuàng)新；六種方案；能力

動量守恒定律實(shí)驗(yàn)是要驗(yàn)證碰撞前后系統(tǒng)的動量之和是否相等。實(shí)際實(shí)驗(yàn)時(shí)可以結(jié)合打點(diǎn)計(jì)時(shí)器知識、光電門知識、圓周運(yùn)動知識、平拋知識、斜面知識等測量或計(jì)算速度，另外導(dǎo)軌可以是斜面、水平氣墊導(dǎo)軌等，有多種方案可選。本文擬從常規(guī)實(shí)驗(yàn)出發(fā)，結(jié)合以上知識設(shè)計(jì)幾種方案，通過創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，從而在實(shí)驗(yàn)的同時(shí)開發(fā)智力，拓寬視野，培養(yǎng)能力。

一、導(dǎo)軌與平拋相結(jié)合

在教材驗(yàn)證動量守恒定律實(shí)驗(yàn)裝置的基礎(chǔ)上作圖1的變動，去掉支柱。

用平拋運(yùn)動知識可以測出其速度：因它們下落的高度相同，故飛行時(shí)間相同，設(shè)為t，則它們飛行的水平距離s=υt，在圖1中有

OP=υ1t……① OM=υ1′t……② ON=υ2′t……③

如果實(shí)驗(yàn)中測得的m1、m2，OP、OM、ON滿足關(guān)系

m1·OP=m1·OM+m2·ON

把①②③代入上式后消去t，可得到m1υ1=m1υ1′+m2υ2′

就驗(yàn)證了動量守恒定律。

實(shí)驗(yàn)反思：教材上原實(shí)驗(yàn)在操作時(shí)支柱易倒，操作難度大，在計(jì)算時(shí)容易出現(xiàn)O與O′點(diǎn)混淆，還需要測出小球的直徑。本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)，沒有用支柱，操作難度小。另外，在計(jì)算時(shí)起點(diǎn)均為O點(diǎn)，從而降低了計(jì)算難度，也不需要測出小球的直徑，明顯要容易得多。

二、導(dǎo)軌與斜面相結(jié)合，綜合平拋知識運(yùn)用

選取兩個(gè)體積相同、質(zhì)量不等的小球，按下述步驟做了以下實(shí)驗(yàn)：

（1）用天平測出兩個(gè)小球的質(zhì)量分別為m1和m2，且m1>m2。

（2）按照圖2所示的實(shí)驗(yàn)裝置，將斜槽AB固定在桌邊，使槽末端點(diǎn)的切線水平，將一斜面BC連接在斜槽末端。

（3）先讓小球m1從斜槽頂端A處由靜止開始滾下（此時(shí)不放小球m2），記下小球在斜面上的落點(diǎn)位置。

（4）將小球m2放在斜槽前端邊緣處，讓小球m1從斜槽頂端A處自由滾下，使它們發(fā)生碰撞，記下兩球在斜面上的落點(diǎn)位置。

（5）用刻度尺量出各個(gè)落點(diǎn)位置到斜槽末端點(diǎn)B的距離，圖中D、E、F點(diǎn)是記下的小球在斜面上的幾個(gè)落點(diǎn)位置，到B點(diǎn)的距離分別為LD、LE、LF。小球m1與m2發(fā)生碰撞后，m1的落點(diǎn)是圖中的D點(diǎn)，m2的落點(diǎn)是圖中的F點(diǎn)。

分析：設(shè)小球從B點(diǎn)水平射出時(shí)的速度為v，落點(diǎn)位置到斜槽末端點(diǎn)B的距離為L，由平拋知識可得：Lcosθ=vt，Lsinθ=■gt2消去t，可得L=■

所以，速度v與■成正比。

用測得的物理量表示，只要滿足關(guān)系式m1■=m1■+m2則說明碰撞中動量守恒。

實(shí)驗(yàn)反思：本實(shí)驗(yàn)在操作時(shí)創(chuàng)新設(shè)計(jì)出斜面方案，沒有用支柱，操作難度小。另外，進(jìn)行平拋知識的復(fù)習(xí)與運(yùn)用，拓寬視野，培養(yǎng)能力。

三、斜面結(jié)合打點(diǎn)計(jì)時(shí)器

圖3所示為用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證動量守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置，在小車A的前端粘有橡皮泥，推動小車A使之做勻速直線運(yùn)動，然后與原來靜止在前方的小車B相碰并粘合成一體，繼續(xù)做勻速直線運(yùn)動。小車A后連著紙帶，電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源頻率為50 Hz，長木板下墊著小木片用以平衡摩擦力。

（1）若已得到打點(diǎn)紙帶如圖4所示，并將測得各計(jì)數(shù)點(diǎn)間距標(biāo)在圖上，A為運(yùn)動起始點(diǎn)，以BC段計(jì)算小車A的碰前速度vA，以DE段計(jì)算A和B碰后的共同速度v共。

（2）若已測得小車A的質(zhì)量m1、小車B的質(zhì)量m2，那么碰撞前后兩小車的總動量均可計(jì)算出來，從而驗(yàn)證動量是否守恒。

實(shí)驗(yàn)反思：本實(shí)驗(yàn)在操作時(shí)創(chuàng)新設(shè)計(jì)出運(yùn)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測出碰撞前后的速度，測量精度有所提高。

四、碰撞與圓周運(yùn)動結(jié)合

如圖5所示裝置驗(yàn)證動量守恒定律，用輕質(zhì)細(xì)線將小球1懸掛于O點(diǎn)，使小球1的球心到懸點(diǎn)O的距離為L，被碰小球2放在光滑水平桌面上的B點(diǎn)。將小球1從右方的A點(diǎn)（OA與豎直方向的夾角為α）由靜止釋放，擺到最低點(diǎn)時(shí)恰與小球2發(fā)生正碰，碰撞后，小球1繼續(xù)向左運(yùn)動到C位置（OC與豎直方向夾角為θ），小球2落到水平地面上，落點(diǎn)D到桌面邊緣的水平距離為s。

（1）實(shí)驗(yàn)中測得上述物理量中的θ、α、L、s以及小球1的質(zhì)量m1和小球2的質(zhì)量m2，以及桌面高度h。

（2）用測得的物理量結(jié)合已知物理量分別表示碰撞前后小球1的動量：p1、p1′；再用物理量表示碰撞前后小球2的動量：p2、p2′，則：p2=0；p1=m1■；p1′=m1■；p2′=m2s■。代入數(shù)據(jù)計(jì)算出碰撞前后系統(tǒng)的動量之和，從而驗(yàn)證動量是否

守恒。

實(shí)驗(yàn)反思：本實(shí)驗(yàn)在操作時(shí)創(chuàng)新設(shè)計(jì)出運(yùn)用單擺擺動角度計(jì)算出碰撞前后兩個(gè)物體的速度，拓寬了學(xué)生視野，鍛煉了學(xué)生思維，提高了學(xué)生綜合運(yùn)用知識的能力。

編輯 任 壯