师：同学们，上节课我们学习了动量守恒定律。本节课我们将通过实验来验证这一定律。基于前面所学，大家思考一下该如何设计今天的实验。这里有几个问题需要大家思考：一是动量守恒定律的适用条件是什么？二是哪些物理过程满足上述条件？三是实验需要测量哪些物理量，又该怎么测量？

　　首先看问题一，动量守恒定律的适用条件是系统不受外力或者所受外力的矢量和为零。在实际生活中，物体往往受到各种力，很难满足这种理想化条件，但在某些情况下可近似满足。

　　接着看问题二，哪些物理过程满足条件呢？我们可以考虑物体碰撞的情况。两个物体碰撞时作用时间很短，根据动量定理，相互作用力很大。若把这两个物体看作一个系统，虽然它们还受重力、支持力、摩擦力、空气阻力等外力作用，但有些力矢量和为零，有些力与系统内两物体相互作用力相比很小，所以可以近似认为碰撞满足动量守恒定律的条件。

　　本节课我们研究两个物体碰撞前后在一条直线上的动量守恒情况。现在看问题三，实验需要测量物体的质量和两个物体碰撞前后的速度。物体质量可用天平测量，物体速度可利用所学运动学知识，如匀速运动、平抛运动，并借助气垫导轨等来实现实验目的和控制实验条件。

　　下面讲实验方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒。

　　实验原理：利用气垫导轨减小摩擦力，用天平测出两滑块质量，用数字计时器测出滑块经过光电门的时间(\Delta t)，根据(v = \frac{l}{\Delta t})（(l)为挡光片宽度）求出滑块碰撞前后的速度，进而计算碰撞前后的总动量，看其是否守恒。

　　实验器材：气垫导轨、光电门、滑块、挡光片、数字计时器、天平、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、尼龙搭扣。

　　实验步骤：

　　用天平测量两滑块质量，确保两滑块质量相等。

　　安装光电门，使两光电门之间距离约为50厘米。

　　气垫导轨通气后，调节气垫导轨水平，使滑块在气垫导轨上保持不动或经过两光电门的时间相等。从视频可见，气垫导轨已调节水平。

　　选取两个质量相同的滑块，在两滑块相互碰撞的端面装上弹性碰撞架，让滑块一碰撞静止在两光栅门之间的滑块，观察滑块一碰后的状态和两个数字计时器显示的时间关系。

　　选取两个质量相同的滑块，在两滑块的碰撞端分别贴上尼龙搭扣，碰撞后它们会连成一体。让滑块一碰撞静止在两光电门之间的滑块，观察两个数字计时器显示的时间关系。

　　选取两个质量相同的滑块，在两个滑块间放置轻质弹簧，挤压两个滑块，使弹簧压缩，并用一根细线将两个滑块固定。剪断细线，弹簧弹开两个滑块，由静止向相反方向运动，观察两个数字计时器显示的时间关系。

　　实验数据分析：

　　实验一现象：碰后滑块一静止，两个数字计时器显示的时间近似相等。碰撞前动量(P_1 = Mv_1 = m\times\frac{l}{T_1})；碰撞后动量(P_2 = m\times v_2 = m\times\frac{l}{T_2})。由于(T_1 = T_2)，可得(P_1 = P_2)，碰撞前后两滑块动量守恒。

　　实验二现象：碰后计时器显示的时间近似是碰前计时器时间的两倍。碰撞前动量(P_1 = m\times v_1 = m\times\frac{l}{T_1})；碰撞后动量(P_2 = 2m\times v_2 = 2m\times\frac{l}{T_2})。由于(T_2 = 2T_1)，可得(P_1 = P_2)，碰撞前后两滑块动量守恒。

　　实验三现象：两个数字计时器显示的时间近似相等。碰撞前动量(P_1 = 0)；碰撞后动量(P_2 = mv_1' - mv_2' = m\times\frac{l}{T_1} - m\times\frac{l}{T_2})。由于(T_1 = T_2)，可得(P_1 = P_2)，碰撞前后两滑块动量守恒。通过以上数据分析，可知气垫导轨上两滑块碰撞时动量守恒。

　　本实验的注意事项：

　　利用气垫导轨进行实验时，要确保导轨水平。

　　如果两滑块的速度方向相反，需要规定正方向。

　　确保两滑块的质量和挡光片的宽度相等，并且发生的是一维碰撞。

　　实验方案二：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒。

　　实验原理：如图，让一个质量为(m_1)的小球从斜槽上滚下，跟放在斜槽末端质量为(m_2)的小球发生正碰。为防止(m_1)小球反弹，需(m_1)的质量大于(m_2)。根据动量守恒定律，应有(m_1v_1 = m_1v_1' + m_2v_2')。因为小球从斜槽末端飞出后做平抛运动，由平抛运动知识可知，小球下落高度相同则飞行时间相同，所以小球碰撞前后的速度之比等于它们落地时飞行的水平距离之比。

　　实验器材：本实验需要铁架台、斜槽、大小相同、质量不同的小球两个、重垂线、白纸、复写纸、天平、刻度尺、圆规。

　　实验过程：

　　先用天平称量出两个小球的质量(m_A)与(m_B)。

　　安装好实验装置，注意使斜槽的末端切线水平。

　　在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸。

　　在白纸上记下重垂线所指的位置(O)点，它表示入射小球碰撞前球心的竖直投影点。

　　先不放被碰小球，让入射小球从斜槽上同一位置静止滚下，重复10次。用圆规画尽可能小的圆，把所有的小球落地点圈在里面，圆心就是小球不碰时落地点。

　　把被碰小球放在斜槽轨道末端，让入射小球从同一位置静止滚下，使它们发生正碰。重复10次，同理求出入射小球落点的平均位置和被碰小球落点的平均位置。

　　用刻度尺量出线段(OM)、(OP)、(ON)的长度，把两小球的质量和相应的水平位移数值代入(m_1OP = m_1OM + m_2ON)，看等式是否成立。下面请大家观看实验视频。

　　当两个小球发生碰撞时，如果把它们看成一个系统，当外力的矢量和为零时，它们的动量守恒。下面我们通过碰撞实验来验证这个结论。我们让一个质量较大的小球去碰撞一个质量较小的小球，碰后两个小球都做平抛运动。它们飞行时间相等，我们以这个时间为单位时间，则它们飞行的水平速度在数值上就等于它们飞行的水平距离。我们测出它们飞行的水平距离以及两个小球的质量，再代入公式就可以验证动量守恒。下面我们开始实验，首先安装实验装置。注意要让轨道末端水平，调节轨道，当在轨道末端放一个小球时可以静止，此时轨道末端水平。在桌面上依次铺上白纸和复写纸。通过重锤我们可以得到入射小球的初始位置。