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试验十五 验证动量守恒定律
1．气垫导轨上有A、B两个滑块，开头时两个滑块静止，它们之间有一根被压缩的轻质弹簧，滑块间用绳子连接(如图甲所示)，绳子烧断后，两个滑块向相反方向运动，图乙为它们运动过程的频闪照片，频闪的频率为10 Hz，由图可知：
(1)A、B离开弹簧后，应当做________运动，已知滑块A、B的质量分别为200 g、300 g，依据照片记录的信息，从图中可以看出闪光照片有明显与事实不相符合的地方是________________________________________________________________________．
(2)若不计此失误，分开后，A的动量大小为________kg·m/s，B的动量大小为________kg·m/s，本试验中得出“在试验误差允许范围内，两滑块组成的系统动量守恒”这一结论的依据是_______________________________________________________________
________________________________________________________________________.
答案：(1)匀速直线 A、B两滑块的第一个间隔 (2)0.018 0.018 A、B两滑块作用前后总动量不变，均为0
解析：(1)A、B离开弹簧后因水平方向不再受外力作用，所以均做匀速直线运动，在离开弹簧前A、B均做加速运动，A、B两滑块的第一个间隔都应当比后面匀速运动时相邻间隔的长度小．
(2)周期T＝＝0.1 s，v＝，由题图知A、B匀速运动时速度分别为vA＝0.09 m/s，vB＝0.06 m/s，分开后A、B的动量大小均为pA＝0.018 kg·m/s，方向相反，满足动量守恒，系统的总动量为0.
2．气垫导轨(如图甲)工作时，空气从导轨表面的小孔喷出，在导轨表面和滑块内表面之间形成一层薄薄的空气层，使滑块不与导轨表面直接接触，大大减小了滑块运动时的阻力．为了验证动量守恒定律，在水平气垫导轨上放置两个质量均为a的滑块，每个滑块的一端分别与穿过打点计时器的纸带相连，两个打点计时器所用电源的频率均为b.气垫导轨正常工作后，接通两个打点计时器的电源，并让两滑块以不同的速度相向运动，两滑块相碰后粘在一起连续运动．图乙所示为某次试验打出的点迹清楚的纸带的一部分，在纸带上以同间距的6个连续点为一段划分纸带，用刻度尺分别量出其长度s1、s2和s3.若题中各物理量的单位均为国际单位，那么，碰撞前两滑块的动量大小分别为________、________，两滑块的总动量大小为____________；碰撞后两滑块的总动量大小为__________．重复上述试验，多做几次．若碰撞前、后两滑块的总动量在试验误差允许的范围内相等，则动量守恒定律得到验证．
答案：0.2abs1 0.2abs3 0.2ab(s1－s3) 0.4abs2
解析：打点周期T＝，打s1、s2、s3均用时.碰前其中一滑
块的动量p1＝mv1＝m＝a＝0.2abs1.
碰前另一滑块的动量
p2＝mv2＝m＝a＝0.2abs3，
故碰前总动量p＝p1－p2＝0.2ab(s1－s3)，
同理碰后总动量p′＝2m＝0.4abs2.
3．如图是用来验证动量守恒的试验装置，弹性球1用细线悬挂于O点，O点下方桌子的边沿有一竖直立柱．试验时，调整悬点，使弹性球1静止时恰与立柱上的球2接触且两球等高．将球1拉到A点，并使之静止，同时把球2放在立柱上．释放球1，当它摆到悬点正下方时与球2发生对心碰撞，碰后球1向左最远可摆到B点，球2落到水平地面上的C点．测出有关数据即可验证1、2两球碰撞时动量守恒．现已测出A点离水平桌面的距离为a，B点离水平桌面的距离为b，C点与桌子边沿间的水平距离为c.此时，
(1)还需要测量的量是____________、________和________．
(2)依据测量的数据，该试验中动量守恒的表达式为_______________________．(忽视小球的大小)
答案：(1)弹性球1、2的质量m1、m2 立柱高h 桌面高H
(2)2m1＝2m1＋m2
解析：(1)要验证动量守恒必需知道两球碰撞前后的动量变化，依据弹性球1碰撞前后的高度a和b，由机械能守恒可以求出碰撞前后的速度，故只要再测量弹性球1的质量m1，就能求出弹性球1的动量变化；依据平抛运动的规律只要测出立柱高h和桌面高H就可以求出弹性球2碰撞前后的速度变化，故只要测量弹性球2的质量和立柱高h、桌面高H就能求出弹性球2的动量变化．
(2)依据(1)的解析可以写出动量守恒的方程2m1＝2m1＋m2.
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