李林玥

摘 要：動量守恒定律是人們最早發(fā)現(xiàn)的能量守恒定律之一。動量守恒定律能力，在沒有外力的約束下，系統(tǒng)中的總動量始終是不會變的。為了驗證這一理論的正確與否，人們做了相關的實驗來驗證這一定律的正確性，這一實驗被稱為“驗證動量守恒定律”的實驗?！膀炞C動量守恒定律”的實驗在理論上清楚明白，但由于實驗的操作和設計過于繁瑣，加之同學間的水平不同，實驗獲得的結果很容易出現(xiàn)誤差。文章就簡化實驗設計步驟，提高實驗效果提出了改進的方法。文章從高中生的角度出發(fā)，結合自身所學相關知識，試論動量守恒實驗的相關改進。

關鍵詞：動量守恒；驗證；動量守恒定律；實驗改進

動量守恒定律實際上是能量守恒定律的一種體現(xiàn)，在現(xiàn)實生活中，所有的物體都會因為動能的改變而使自身的動量發(fā)生改變，然而動量的改變也是有規(guī)律可循的。在一個系統(tǒng)中，只要能量不被轉化為其他形式的能量，那么動量就只會與沖量相互轉化，那么在系統(tǒng)中的總動量是不變的。

一、動量守恒實驗的改進

動量守恒是能量守恒的一種表現(xiàn)形式，事實上，能量守恒與動量守恒都是廣泛存在于自然界和人們的日常生活中的。動量守恒定律具有普遍適用性，即是一個實驗規(guī)律又可用牛頓第三定理和動量定理進行推導，但現(xiàn)行高中物理課本中關于《驗證動量守恒定律》的學生實驗，是要求研究兩小球正碰時的規(guī)律。可是使用的實驗裝置卻是為做斜碰實驗設計的，使用實驗器材多，像教材上那樣搬來做正碰實驗，對心碰撞操作較難，不易調(diào)節(jié)，且誤差較大。筆者認為，可以改變實驗所需器材、改變實驗步驟和改變具體實驗過程，以下對其進行逐一介紹：

（1）實驗所需器材。實驗運用的主要器材有兩小球、圓規(guī)、量角器、重錘、棉線、彈簧、天秤、復寫紙、刻度尺和白紙。注意事項有，彈簧要連接兩個小球，量角器應該精準，圓規(guī)必須方便畫圓，刻度尺上面不能夠模糊，白紙應該準備三張或者三張以上。棉線的作用是將重錘吊起，重錘主要用來測量桌面是否垂直，復寫紙是為了能夠讓白紙上留下球落地的痕跡，圓規(guī)的作用是是以圓心為點畫一個圓。

（2）改變實驗步驟。針對上述問題，筆者對該實驗進行了如下簡單的改進：質量為M1、M2的兩個小球中間放一根壓縮的彈簧將其分別置于高為h的水平桌面兩側。彈簧松開后，小球分別彈出作平拋運動，落地時在事先鋪置于桌底的白紙上留下痕跡。多次實驗取痕跡最小半徑圓中心為落地點，分別測得落地點與桌的距離X1、X2，只需驗證M1X1= M2X2即可。其原理是由運動定律h=12gt，X=vt 用x代替v的測量。

（3）改變具體實驗過程。具體實驗過程包括以下五點：一是桌面水平檢驗：在實驗桌邊懸掛重錘，觀察棉線是否與量角器九十度角線重合。二是儀器安置：將放置于桌面的長彈簧壓縮至比桌長略短，在兩端分別輕輕放置兩個小球，使小球剛好靜止于桌沿。并在桌下鋪設一張墊有復印紙的白紙。三是松開彈簧使小球自由彈落，小球砸中白紙留下痕跡。多次重復后取出白紙，利用圓規(guī)作出最小能包含所有較深顏色墨跡的圓，圓心即為落地點。四是數(shù)據(jù)測量與處理：測出落地點與桌水平距離。多次實驗取平均值分別得X1、X2，計算比較M1 X1與M2 X2的大小。五是分析得出結論：在誤差允許的范圍內(nèi)M1 X1與M2 X2的大小相等，即在本實驗中動量守恒。

二、動量守恒實驗改進后的優(yōu)點

教科書上的動量實驗具有較大的局限性，這是毋庸置疑的。原因有很多，首先兩球碰撞的時候，碰撞點具有較大的隨機性，有時候多次對碰也不能夠使兩球對心碰撞；其次這種碰撞的方式不容易調(diào)節(jié)，容易受到摩擦力以及空氣阻力的干擾；最后測量出來的數(shù)據(jù)誤差比較大，即使多次實驗后得到的平均數(shù)據(jù)也跟真實數(shù)據(jù)有較大的出入。相對于教科書上的動量實驗，動量守恒實驗改進后卻有很多的優(yōu)點，以下列舉三個方面進行逐一分析：

（一）誤差小

教科書上的動量實驗隨機性較大，造成的誤差也大，即便多次實驗去結果的平均值，依然會跟有正確答案著較大的出入和誤差。改進后的動量實驗誤差較小，因為這個實驗的依據(jù)并不是兩球的對心碰撞，而是將其轉化為平拋運動，獲得其運動軌跡，干擾因素較少。此外，該試驗選擇數(shù)據(jù)的方式也比較合理，取多次小球落地后的平均點，得到的數(shù)據(jù)是平均值，大大減少了誤差。

（二）省時省力

教科書上的動量守恒實驗比較費時費力，因為具有較大的隨機性，所以必須做多幾次實驗，才能夠取得平均值，盡可能地減少實驗誤差。而改進后的動量守恒實驗具備省時省力的特點，并不需要多少次實驗就能夠得出比較有效的數(shù)據(jù)，并將這些有效的數(shù)據(jù)平均，迅速得出接近真實數(shù)據(jù)的答案。改進后的動量守恒實驗操作也比較簡單，只需要在球落地后標注好圓心，并將球心作為圓心用圓規(guī)畫圓即可，在多次畫圓后便可以得到球體清晰的運動軌跡，從而迅速了解小球的運動狀態(tài)。

（三）容易掌握和調(diào)節(jié)

教科書上的動量守恒實驗并不容易掌握和調(diào)節(jié)，一方面對心碰撞的隨機性較大，另一方面兩個小球的碰撞也不容易掌控。改進后的動量守恒實驗卻很容易被實驗者掌握或者調(diào)節(jié)，因為兩球被彈簧連接起來了，需要掌控的數(shù)量少了。另外，各種數(shù)據(jù)也非常容易測定，如桌面高度，球的落地點與桌角的距離，球的運動軌跡等等。另外，如果出現(xiàn)了較大的誤差，也能夠很快地糾正過來，如桌子與地面不夠垂直，紙面不夠潔白以及復寫紙紙印不夠深等等，只要發(fā)現(xiàn)這些不足，就能夠很快地將其糾正。

綜上所述，動量守恒是能量守恒的一種表現(xiàn)形式，事實上，能量守恒與動量守恒都是廣泛存在于自然界和人們的日常生活中的。碰撞點具有較大的隨機性，有時候多次對碰也不能夠使兩球對心碰撞；其次這種碰撞的方式不容易調(diào)節(jié)等等，改進后的動量實驗誤差小、省時省力、容易掌握和調(diào)節(jié)，能夠更好地驗證動量守恒定理，是非?？茖W合理的實驗方式。

參考文獻：

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