【摘要】動(dòng)量守恒定律驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)步驟和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)是高考的高頻考點(diǎn)，考查學(xué)生的分析能力、創(chuàng)新能力，要求學(xué)生對(duì)該實(shí)驗(yàn)的基本實(shí)驗(yàn)原理有較深的理解與掌握.本文對(duì)動(dòng)量守恒定律驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，分別從實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)器材和實(shí)驗(yàn)過(guò)程三個(gè)方面展開講解創(chuàng)新方案，最后以一道創(chuàng)新實(shí)例進(jìn)行詳細(xì)講解，以期望幫助學(xué)生深刻理解動(dòng)量守恒定律驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的原理及過(guò)程，在解題時(shí)能夠舉一反三，游刃有余.

【關(guān)鍵詞】動(dòng)量守恒定律；高中物理；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

1 教材原型實(shí)驗(yàn)

（1）實(shí)驗(yàn)原理：在一維碰撞中，測(cè)出物體的質(zhì)量m和碰撞前后物體的速度v，v′，找出碰撞前的動(dòng)量p=m1v1+m2v2及碰撞后的動(dòng)量p=m1v1′+m2v2′，看碰撞前后動(dòng)量是否守恒[1].

（2）實(shí)驗(yàn)裝置：如圖1和圖2所示.

（3）實(shí)驗(yàn)過(guò)程：略.

（4）注意事項(xiàng)：①碰撞的兩小球應(yīng)保證“水平”和“正碰”；②操作過(guò)程中，入射小球質(zhì)量要大于被碰小球的質(zhì)量，兩球半徑應(yīng)相等[2].

（5）典例分析：

例1 如圖3所示實(shí)驗(yàn)裝置為實(shí)驗(yàn)室中驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律常用裝置，若入射小球的質(zhì)量為m1，半徑為r1；被碰小球的質(zhì)量為m2，半徑為r2，則（ ）

（A）m1>m2，r1>r2.

（B）m1>m2，r1<r2.

（C）m1>m2，r1=r2.

（D）m1=m2，r1=r2.

解 在動(dòng)量守恒定律驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，為了防止入射小球被反彈回斜槽之中，因此在操作過(guò)程中，入射小球質(zhì)量要大于被碰小球的質(zhì)量，即m1>m2；同時(shí)為了保證碰撞的兩小球是對(duì)心碰撞，所以入射小球和被碰小球的半徑應(yīng)相等，即r1=r2，故（C）項(xiàng)正確.

2 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡膭?chuàng)新

利用動(dòng)量守恒、機(jī)械能守恒計(jì)算彈丸的發(fā)射速度.如圖4所示，水平放置的彈簧槍發(fā)射彈丸，撞擊由細(xì)線懸掛的沖擊擺，彈丸擊中擺塊時(shí)陷入擺塊內(nèi)，并使擺塊擺至某一高度見(jiàn)圖5.根據(jù)擺塊的擺動(dòng)高度運(yùn)用動(dòng)量守恒定律和機(jī)械能守恒定律便可以計(jì)算出彈丸的發(fā)射速度.另外，該實(shí)驗(yàn)裝置也減小了實(shí)驗(yàn)誤差，體現(xiàn)了物理知識(shí)和物理實(shí)驗(yàn)的實(shí)用性、創(chuàng)新性和綜合性[3].

2.2 實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新

（1）在試驗(yàn)器材上，也可以利用氣墊導(dǎo)軌探究滑塊碰撞前后的動(dòng)量是否守恒，如圖4所示.將滑塊B靜止放在氣墊導(dǎo)軌的中間，利用氣墊導(dǎo)軌左端的橡皮繩給與滑塊A一個(gè)初速度，使滑塊A與滑塊B碰撞，在這個(gè)過(guò)程中，利用氣墊導(dǎo)軌配套的光電計(jì)時(shí)器測(cè)出A，B兩滑塊碰撞前、后的速度并記錄下來(lái)，然后驗(yàn)證動(dòng)量是否守恒.該方案既提高了實(shí)驗(yàn)的精確度，也簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)操作[4].

（2）如圖7所示，利用鋁質(zhì)導(dǎo)軌研究完全非彈性碰撞，也是動(dòng)量守恒定律實(shí)驗(yàn)的一種創(chuàng)新拓展.該方案采用閃光照相機(jī)記錄A，B兩滑塊碰撞前后的運(yùn)動(dòng)規(guī)律見(jiàn)圖8，從而確定滑塊碰撞前后的速度.

2.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程的創(chuàng)新

如圖9所示，在A，B兩個(gè)滑塊間放置輕質(zhì)彈簧，擠壓兩個(gè)滑塊使彈簧壓縮，并用一根細(xì)線將兩個(gè)滑塊固定，燒斷細(xì)線后，兩個(gè)滑塊由靜止向相反方向運(yùn)動(dòng)，利用C，D處的光電計(jì)時(shí)器記錄下滑塊通過(guò)光電門時(shí)間，然后根據(jù)v=Lt計(jì)算滑塊彈離時(shí)的速度，再運(yùn)用能量守恒定律可以知道彈簧的彈性勢(shì)能，該方案也是動(dòng)量守恒實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)之一[5].

3 例題講解

例2 某實(shí)驗(yàn)中學(xué)物理興趣小組的同學(xué)采用如圖10所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證動(dòng)量定理，已知滑塊上方遮光片的寬度為d，砝碼與砝碼盤的總質(zhì)量為m1，滑塊與遮光片的總質(zhì)量為m2，遮光片經(jīng)過(guò)A，B兩處光電門的遮光時(shí)間為Δt1，Δt2，遮光片從A運(yùn)動(dòng)到B所用的時(shí)間為t12.

（1）如何判斷氣墊導(dǎo)軌已調(diào)至水平？

（2）滑塊從A運(yùn)動(dòng)到B的過(guò)程中，砝碼和砝碼盤所受重力為滑塊所受拉力，某次實(shí)驗(yàn)測(cè)量的數(shù)據(jù)為：d=0.01cm，m1=1.50×10－2kg，m2=0.40kg，Δt1=3.90×10－2s，Δt2=1.27×10－2s，t12=1.50s，取g=9.80m/s2，求本次實(shí)驗(yàn)拉力沖量I及滑塊動(dòng)量改變量Δp的大小.

解 （1）當(dāng)氣墊導(dǎo)軌水平時(shí)，滑塊在導(dǎo)軌上做勻速運(yùn)動(dòng)，因此開動(dòng)氣泵，輕推滑塊，當(dāng)滑塊上的遮光片通過(guò)兩個(gè)光電門的遮光時(shí)間相等時(shí)，可以斷定氣墊導(dǎo)軌已調(diào)至水平.

（2）根據(jù)沖量的定義可得I=m1gt12，代入數(shù)據(jù)得

I=1.50×10－2×9.80m/s2×1.5N·s=0.22N·s，

根據(jù)動(dòng)量改變量的定義可得：

Δp=m2dΔt2－m2dΔt1=m2dΔt2－dΔt1

代入數(shù)據(jù)得：

Δp=0.40kg×0.011.27×10－2－0.013.90×10－2kg·m·s－1

≈0.21kg·m·s－1.

4 結(jié)語(yǔ)

在高考中，動(dòng)量守恒定律驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)考查靈活，實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新拓展角度多，解答這一類問(wèn)題的關(guān)鍵是深刻理解實(shí)驗(yàn)原理.本文從實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)器材和實(shí)驗(yàn)過(guò)程三個(gè)角度對(duì)動(dòng)量守恒定律驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，以期望通過(guò)多樣化方案的體驗(yàn)性探究，加深學(xué)生對(duì)該實(shí)驗(yàn)原理的理解，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究的思想方法，提高他們的分析能力和創(chuàng)新能力.

參考文獻(xiàn)：

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[5]李紅偉.淺淡物理實(shí)驗(yàn)試題的創(chuàng)新設(shè)計(jì)問(wèn)題——以“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”為例[J].教學(xué)考試，2018（31）：43-45.