验证动量守恒定律——基于压力传感器的创新实验

肖云剑

(中山市华侨中学 广东 中山 528400)

1 实验器材

气垫导轨,一个带撞针的滑块,一个侧边粘有橡皮泥的滑块,天平,两个压力传感器及其配件,两个相同轻质弹簧.

2 实验原理

碰撞过程动量守恒(需验证)

m2v0=(m1+m2)v

机械能守恒

碰撞前系统的初动量为

同理，系统的末动量为

综上，要验证系统动量守恒，只需要证明

3 实验装置简图

实验装置示意图如图1所示 .

图1 装置简图

4 实验步骤

(1)按图1所示安装实验装置，调节气垫导轨水平，注意压力传感器要固定且轻质弹簧水平固定在传感器上.

(2)充气.将右侧滑块向右水平推，使弹簧压缩一些，然后由静止开始释放.

(3)读取左右压力传感器示数的最大值F1,F2.

(4)用天平测出左右两个滑块的质量m1,m2(带橡皮泥或撞针).

5 实验优缺点

5.1 优点

(1)从考试角度上讲，本实验综合性较强，不仅考查了动量，还考查了机械能以及胡克定律，所考都是高中物理重要知识点.

(2)考查学生利用数学知识解决物理问题的能力.主要体现在如何把x变换到F上去.

(3)实验可操作性、可重复性很强.

(4)结论表达式简洁.

5.2 不足

(1)实验中用到了弹簧弹性势能表达式，该表达式不是高中物理要求掌握的知识点，如果要出题，必须在题干中交代弹性势能，作为信息题处理；

(2)本实验中提及两个相同轻质弹簧，现实中是不可能有的，因此必然会带来一点误差(误差不会太大)；该条件也只有作为考题，才不伤大雅.

6 实验误差分析

(1)主要是空气阻力的影响，因此滑块运动距离不要太大.

(2)两个弹簧的劲度系数略有差异.

7 考题设计

器材： 气垫导轨,一个带撞针的滑块,一个侧边粘有橡皮泥的滑块,天平,两个压力传感器及其配件,两个相同轻质弹簧.实验装置示意图如图1所示.

实验步骤：(1)按图1所示安装实验装置，调节气垫导轨水平，注意压力传感器要固定且轻质弹簧水平固定在传感器上.

(2)充气.左侧滑块静止，将右侧滑块向右水平推，使弹簧压缩一些，然后由静止开始释放；碰撞后，两滑块一起向左运动，挤压左侧弹簧.

(3)读取左右压力传感器示数的最大值F1,F2.

(4)用天平测出左右两个滑块的质量m1,m2(带橡皮泥或撞针).

问题1：步骤(1)为何要调节气垫导轨至水平，如何调节？____________________.(4分)

问题2:假定弹簧的劲度系数为κ.该实验中碰撞前系统的动量p=______.(2分)

问题3:实验要验证动量守恒的表达式为__________.(2分)