驗證動量守恒定律
——基于壓力傳感器的創(chuàng)新實驗

肖云劍

(中山市華僑中學(xué) 廣東 中山 528400)

1 實驗器材

氣墊導(dǎo)軌,一個帶撞針的滑塊,一個側(cè)邊粘有橡皮泥的滑塊,天平,兩個壓力傳感器及其配件,兩個相同輕質(zhì)彈簧.

2 實驗原理

碰撞過程動量守恒(需驗證)

m2v0=(m1+m2)v

機械能守恒

碰撞前系統(tǒng)的初動量為

同理，系統(tǒng)的末動量為

綜上，要驗證系統(tǒng)動量守恒，只需要證明

3 實驗裝置簡圖

實驗裝置示意圖如圖1所示 .

圖1 裝置簡圖

4 實驗步驟

(1)按圖1所示安裝實驗裝置，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌水平，注意壓力傳感器要固定且輕質(zhì)彈簧水平固定在傳感器上.

(2)充氣.將右側(cè)滑塊向右水平推，使彈簧壓縮一些，然后由靜止開始釋放.

(3)讀取左右壓力傳感器示數(shù)的最大值F1,F2.

(4)用天平測出左右兩個滑塊的質(zhì)量m1,m2(帶橡皮泥或撞針).

5 實驗優(yōu)缺點

5.1 優(yōu)點

(1)從考試角度上講，本實驗綜合性較強，不僅考查了動量，還考查了機械能以及胡克定律，所考都是高中物理重要知識點.

(2)考查學(xué)生利用數(shù)學(xué)知識解決物理問題的能力.主要體現(xiàn)在如何把x變換到F上去.

(3)實驗可操作性、可重復(fù)性很強.

(4)結(jié)論表達式簡潔.

5.2 不足

(1)實驗中用到了彈簧彈性勢能表達式，該表達式不是高中物理要求掌握的知識點，如果要出題，必須在題干中交代彈性勢能，作為信息題處理；

(2)本實驗中提及兩個相同輕質(zhì)彈簧，現(xiàn)實中是不可能有的，因此必然會帶來一點誤差(誤差不會太大)；該條件也只有作為考題，才不傷大雅.

6 實驗誤差分析

(1)主要是空氣阻力的影響，因此滑塊運動距離不要太大.

(2)兩個彈簧的勁度系數(shù)略有差異.

7 考題設(shè)計

器材： 氣墊導(dǎo)軌,一個帶撞針的滑塊,一個側(cè)邊粘有橡皮泥的滑塊,天平,兩個壓力傳感器及其配件,兩個相同輕質(zhì)彈簧.實驗裝置示意圖如圖1所示.

實驗步驟：(1)按圖1所示安裝實驗裝置，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌水平，注意壓力傳感器要固定且輕質(zhì)彈簧水平固定在傳感器上.

(2)充氣.左側(cè)滑塊靜止，將右側(cè)滑塊向右水平推，使彈簧壓縮一些，然后由靜止開始釋放；碰撞后，兩滑塊一起向左運動，擠壓左側(cè)彈簧.

(3)讀取左右壓力傳感器示數(shù)的最大值F1,F2.

(4)用天平測出左右兩個滑塊的質(zhì)量m1,m2(帶橡皮泥或撞針).

問題1：步驟(1)為何要調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌至水平，如何調(diào)節(jié)？____________________.(4分)

問題2:假定彈簧的勁度系數(shù)為κ.該實驗中碰撞前系統(tǒng)的動量p=______.(2分)

問題3:實驗要驗證動量守恒的表達式為__________.(2分)