第七章動量守恒定律實驗八驗證動量守恒定律單擊此處添加正文，文字是您思想的提煉，請盡量言簡意賅的闡述觀點。教材幫讀透教材融會貫通高考幫研透高考明確方向03練習幫練透好題精準分層目錄Contents單擊此處添加標題01單擊此處添加標題02核心考點五年考情命題分析預測實驗原理和數據

處理2022：天津T9(1)，浙江1月

T17(2)高考對動量守恒定律實驗的考查多

集中在實驗原理、數據處理與誤差

分析上，難度中等.預計2025年高

考可能會依托創新實驗考查數據處

理及誤差分析.實驗誤差分析創新實驗設計2023：遼寧T11；2022：重慶T12，全國甲T231.實驗目的驗證一維碰撞中的動量守恒定律.2.實驗原理在一維碰撞中，測出物體的質量m和碰撞前、后物體的速度v、v'，計算出系統碰撞

前的動量p＝m1v1＋m2v2及碰撞后的動量p'＝m1v'1＋m2v'2，看系統碰撞前、后動量是

否守恒.3.實驗方案及實驗過程方案1

研究氣墊導軌上滑塊碰撞時的動量守恒(1)實驗器材氣墊導軌、光電計時器、天平、滑塊(兩個)、重物、彈簧片、細繩、彈性碰撞架、

膠布、撞針、橡皮泥、游標卡尺等.(2)實驗步驟①測質量：用天平測出滑塊質量.②安裝：正確安裝好氣墊導軌.③實驗：接通電源，利用配套的光電計時裝置測出兩滑塊各種情況下碰撞前后的速

度(a.改變滑塊的質量；b.改變滑塊的初速度大小和方向).(3)數據處理

②驗證的表達式：m1v1＋m2v2＝m1v'1＋m2v'2.方案2

利用等長擺球完成一維碰撞實驗(1)實驗器材帶細線的擺球(兩套，等大不等重)、鐵架臺、天平、量角器、刻度尺、游標卡尺、

膠布等.(2)實驗步驟①測質量和直徑：用天平測出小球的質量m1、m2，用游標卡尺測出小球的直徑d.②安裝：把小球用等長懸線懸掛起來，并用刻度尺測量懸線長度l.③實驗：一個小球靜止，拉起另一個小球，放下時它們相碰.④測角度：用量角器測量小球被拉起的角度和碰撞后兩小球擺起的角度.⑤改變條件重復實驗：a.改變小球被拉起的角度；b.改變擺長.(3)數據處理

②驗證的表達式：m1v1＝m1v'1＋m2v'2.方案3

利用兩輛小車完成一維碰撞實驗(1)實驗器材光滑長木板、打點計時器、紙帶、小車(兩個)、天平、撞針、橡皮泥、刻度尺等.(2)實驗步驟①測質量：用天平測出兩小車的質量.②安裝：將打點計時器固定在光滑長木板的一端，把紙帶穿過打點計時器，連在小

車的后面，在兩小車的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥.③實驗：小車B靜止，接通電源，讓小車A運動，碰撞時撞針插入橡皮泥中，兩小車

連接成一個整體運動.④改變條件重復實驗：a.改變小車A的初速度；b.改變兩小車的質量.(3)數據處理

②驗證的表達式：m1v1＝(m1＋m2)v2.方案4

研究斜槽末端小球碰撞時的動量守恒(1)實驗器材斜槽、小球(兩個)、天平、復寫紙、白紙、圓規、鉛垂線等.(2)實驗步驟①測質量：用天平測出兩小球的質量，并選定質量大的小球為入射小球.②安裝：按照如圖甲所示安裝實驗裝置.調整固定斜槽使斜槽底端水平.③鋪紙：白紙在下，復寫紙在上且在適當位置鋪放好.記下鉛垂線所指的位置O.

④放球找點：不放被撞小球，每次讓入射小球從斜槽上某固定高度處自由滾下，重

復10次.用圓規畫盡量小的圓把所有的小球落點圈在里面.圓心P就是小球落點的平均

位置.⑤碰撞找點：把被撞小球放在斜槽末端，每次讓入射小球從斜槽同一高度(同步驟④

中的高度)自由滾下，使它們發生碰撞，重復實驗10次.用步驟④的方法，標出碰后

入射小球落點的平均位置M和被撞小球落點的平均位置N，如圖乙所示.⑥驗證：連接ON，測量線段OP、OM、ON的長度.將測量數據填入表中，最后代入

m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，看在誤差允許的范圍內是否成立.⑦整理：將實驗器材放回原處.(3)數據處理驗證的表達式：m1·OP＝m1·OM＋m2·ON.

4.注意事項(1)前提條件：碰撞的兩物體應保證“水平”和“正碰”.(2)案例提醒①若利用氣墊導軌進行驗證，調整氣墊導軌時，應注意利用水平儀確保導軌水平.②若利用擺球進行驗證，兩擺球靜止時球心應在同一水平線上，且剛好接觸，擺線

豎直.③若利用兩小車相碰進行驗證，要注意平衡摩擦力.④若利用平拋運動規律進行驗證，安裝實驗裝置時，應注意調整斜槽，使斜槽末端

水平，且選質量較大的小球為入射小球.5.誤差分析(1)系統誤差：主要來源于裝置本身是否符合要求.①碰撞是否為一維(即正碰)，為此兩球應等大，且速度沿球心連線方向.②實驗是否滿足動量守恒的條件，如氣墊導軌是否水平，用長木板實驗時是否平衡

了摩擦力.(2)偶然誤差：主要來源于質量m1、m2和碰撞前后速度(或射程)的測量.命題點1教材原型實驗1.[2023北京東城區聯考]某同學利用圖甲所示的裝置進行“驗證動量守恒定律”的

實驗.在水平地面上依次鋪上白紙、復寫紙，記下小球拋出點在白紙上的垂直投影點

O.

實驗時，先調節軌道末端水平，使A球多次從斜槽上位置P由靜止釋放，根據白紙

上小球多次落點的痕跡找到其平均落地點的位置E.

然后，把半徑相同的B球靜置于

水平軌道的末端，再將A球從斜槽上位置P由靜止釋放，與B球相碰后兩球均落在水

平地面上，多次重復上述A球與B球相碰的過程，根據小球在白紙上多次落點的痕跡

(圖乙為B球多次落點的痕跡)分別找到碰后兩球落點的平均位置D和F.

用刻度尺測量

出射程OD、OE、OF.

用天平測得A球的質量為mA，B球的質量為mB.

(1)關于實驗器材，下列說法正確的是

?.A.軌道必須光滑B.該實驗不需要停表計時C.A球的質量可以小于B球的質量D.A球的直徑可以大于B球的直徑B

圖甲

圖乙[解析]

軌道是否光滑對實驗無影響，故A錯誤；該實驗應用平拋運動的規律計

算兩小球的速度，不需要停表計時，故B正確；為使A球碰后不反彈，A球的質量必

須大于B球的質量，故C錯誤；由于該實驗裝置不能調節小球B擺放位置的高度，所

以為保證兩小球發生對心碰撞，兩小球的直徑要相等，故D錯誤.(2)關于實驗操作，下列說法正確的是

?.A.實驗過程中白紙和復寫紙可以隨時調整位置B.A球每次必須從同一位置由靜止釋放C.B球的落點并不重合，說明該同學的實驗操作出現了錯誤B

[解析]

實驗過程中白紙和復寫紙不可以調整位置，故A錯誤；A球每次必須從同一位置由靜止釋放，以保證碰撞前瞬間的速度相等，故B正確；B球的落點并不重合，在誤差允許的范圍內，不能說明該同學的實驗操作出現了錯誤，故C錯誤.(3)若滿足關系式

(用所測物理量的字母表示)，則可以認為

兩球碰撞過程動量守恒.mAOE＝mAOD＋mBOF

(4)該同學做實驗時所用小球的質量分別為mA＝45g、mB＝7.5g，圖丙所示的實驗記

錄紙上已標注了該實驗的部分信息，若兩球碰撞為彈性碰撞，請將碰后B球落點的

位置標注在圖丙中.圖丙

(5)完成上述實驗后，某實驗小組對上述裝置進行了改裝，如圖丁所示，在水平軌道

末端與水平地面間放置一個斜面，斜面的頂點與水平軌道等高且無縫連接，使小球

A從斜槽上P點由靜止滾下，多次實驗，得到兩球落在斜面上的平均落點M'、P'、N'.

用刻度尺測量斜面頂點到M'、P'、N'三點的距離分別為l1、l2、l3，則驗證兩球碰撞

過程動量守恒的表達式為

(用所測物理量的字母表示).圖丁

[解析]

未放B球時小球A落點為P'，碰撞后小球A落點為M'，小球B落點為N'，

根據動量守恒表達式mAv＝mAv1＋mBv2，

2.[數據處理與誤差分析]圖甲為驗證動量守恒定律的實驗裝置圖，讓小車A拖著紙帶

向左運動，與靜止的小車B碰撞，碰撞后兩車粘在一起繼續運動.圖甲(1)提供的實驗器材有：A.長木板B.兩個相同的小車C.天平D.電磁打點計時器E.6V干電池組F.低壓交流學生電源G.刻度尺H.停表I.紙帶J.復寫紙K.橡皮泥L.導線上述器材中不需要的有

(填器材前面的字母序號).EH

[解析]

實驗中不需要6V干電池組和停表，故選EH.①輕推小車A.

②接通打點計時器的電源.③將小車B置于長木板的中央.④當小車即將到達木板左端時，用手按住小車.⑤將小車A靠近打點計時器居中置于木板上，紙帶穿過打點計時器后固定在其右端.(2)實驗時首先將橡皮泥粘在小車B的右端面，然后用天平分別稱量小車A和粘有橡皮

泥的小車B的質量；把長木板放置在水平桌面上，將電磁打點計時器固定在其右端.

接著還需完成以下5個實驗操作步驟，合理的操作順序是

?

?.⑤③②①④(或③⑤②①

④)

[解析]

5個實驗操作步驟，合理的操作順序是⑤③②①④.(3)實驗中，某同學得到的紙帶點跡不清晰甚至有漏點，可能的原因有

?.A.復寫紙顏色淡了B.紙帶運動速度太慢C.使用了直流電源D.所選擇的交流電源電壓偏低D

[解析]

復寫紙顏色淡了，只是打出的點跡不清楚，不會出現漏點，A錯誤；紙帶運動速度太慢，則打出的點跡很密集，不會點跡不清楚，不會出現漏點，B錯誤；使用了直流電源，打點計時器不工作，C錯誤；所選擇的交流電源電壓偏低，會造成點跡不清楚，出現漏點，D正確.(4)圖乙是實驗得到的一條點跡清晰的紙帶，相鄰計數點間的距離如圖所示，設x1＝

2.00cm，x2＝1.40cm，x3＝0.95cm，小車A和B(含橡皮泥)的質量分別為m1和m2，在

實驗誤差允許的范圍內，關系式

(用所給字母表示)成立，則表

明碰撞前后系統的動量守恒.圖乙m1x1＝(m1＋m2)x3

命題點2創新設計實驗3.[實驗原理創新]一同學利用如圖所示的斜槽軌道和兩個由相同材料制成、表面粗

糙程度相同的滑塊A、B做“驗證動量守恒定律”的實驗.斜槽軌道由傾斜軌道和平

直軌道組成，兩部分間由一段圓弧平滑連接，在平直軌道上一側固定有刻度尺.其操

作步驟如下：①將斜槽軌道放置在水平桌面上；②用天平測得A、B兩個滑塊的質量分別為m1、m2；③不放滑塊B，使滑塊A從傾斜軌道頂端P點由靜止釋放，滑塊A最終靜止在平直軌道

上，記下滑塊A靜止時其右側面對應的刻度x1；④把滑塊B放在平直軌道上，記下其左側面對應的刻度x0；⑤讓滑塊A仍從傾斜軌道頂端P點由靜止釋放，滑塊A與滑塊B發生碰撞后最終均靜止

在平直軌道上，記下最終滑塊B靜止時其左側面對應的刻度x2、滑塊A靜止時其右側

面對應的刻度x3.(1)實驗中，必須滿足的條件是

?.A.傾斜軌道光滑B.平直軌道水平C.滑塊A的質量應大于滑塊B的質量D.同一組實驗中，滑塊A靜止釋放的位置可以不同C

[解析]

傾斜軌道不一定光滑，只要滑塊A到達底端的速度相同即可，A錯誤；因為兩滑塊的材料相同，表面的粗糙程度相同，則由牛頓第二定律有mg

sinθ-μmgcosθ＝ma，得a＝gsinθ-μgcosθ，可知無論軌道是否水平，兩滑塊在軌道上運動的加速度都相同，所以平直軌道不是必須水平，B錯誤；為防止滑塊A與滑塊B碰后反彈，則滑塊A的質量必須大于滑塊B的質量，C正確；為保證滑塊A每次到達傾斜軌道底端的速度相同，則同一組實驗中，滑塊A靜止釋放的位置要相同，D錯誤.(2)實驗中滑塊A碰撞前的速度大小v0與

成正比.A.x1B.x1-x0C.(x1-x0)2

(3)若關系式

?成立，則可得出結論：滑塊

A、B碰撞過程動量守恒.若要進一步驗證滑塊A、B的碰撞是否為彈性碰撞，則應驗

證關系式

是否成立.(均用給定的物理量符號表示)D

m1(x1-x0)＝m1(x3-x0)＋m2(x2-x0)

4.[實驗目的創新/2021山東]某乒乓球愛好者，利用手機研究乒乓球與球臺碰撞過程

中能量損失的情況.實驗步驟如下：①固定好手機，打開錄音功能；②從一定高度由靜止釋放乒乓球；③手機記錄下乒乓球與臺面碰撞的聲音，其隨時間(單位：s)的變化圖像如圖所示.根據聲音圖像記錄的碰撞次序及相應碰撞時刻，如下表所示.碰撞次序1234567碰撞時刻(s)1.121.582.002.402.783.143.47根據實驗數據，回答下列問題：(1)利用碰撞時間間隔，計算出第3次碰撞后乒乓球的彈起高度為

m(保留2位

有效數字，當地重力加速度g＝9.80m/s2).

0.20

(2)設碰撞后彈起瞬間與該次碰撞前瞬間速度大小的比值為k，則每次碰撞損失的動

能為碰撞前動能的

倍(用k表示)，第3次碰撞過程中k＝

(保留2位有效

數字).1-k2

0.95

(3)由于存在空氣阻力，第(1)問中計算的彈起高度

(填“高于”或“低于”)

實際彈起高度.[解析]

由于存在空氣阻力，乒乓球在上升過程中受到向下的阻力和重力，根據

能量的轉化與守恒可知，彈起后的動能一部分轉化為因空氣阻力做功產生的熱量，

另一部分轉化為乒乓球的重力勢能，故乒乓球到達最高位置時，重力勢能的理論值

大于實際值，所以第(1)問中計算的彈起高度高于實際彈起的高度.高于

1.[驗證動量守恒定律/2022天津]某同學驗證兩個小球在斜槽末端碰撞時的動量守

恒，實驗裝置如圖1所示.A、B為兩個直徑相同的小球.實驗時，不放B，讓A從固定的

斜槽上E點自由滾下，在水平面上得到一個落點位置；將B放置在斜槽末端，讓A再

次從斜槽上E點自由滾下，與B發生正碰，在水平面上又得到兩個落點位置.三個落

點位置標記為M、N、P.

123(1)為了確認兩個小球的直徑相同，該同學用10分度的游標卡尺對它們的直徑進行了

測量，某次測量的結果如圖2所示，其讀數為

?mm.10.5

[解析]

由游標卡尺的讀數規則可知，該讀數為10mm＋0.1×5mm＝10.5mm.123(2)下列關于實驗的要求正確的是

?.A.斜槽的末端必須是水平的B.斜槽的軌道必須是光滑的C.必須測出斜槽末端的高度D.A、B的質量必須相同[解析]

為了保證小球做平拋運動，斜槽末端必須水平，A正確；斜槽光滑與否

對實驗不產生影響，只要保證兩次實驗小球A從同一位置由靜止釋放即可，B錯誤；

實驗中兩小球做平拋運動，下落時間相同，不需要測量斜槽末端的高度，C錯誤；

為了防止A球反彈，應使A球的質量大于B球的質量，D錯誤.A

123(3)如果該同學實驗操作正確且碰撞可視為彈性碰撞，A、B碰后在水平面上的落點位

置分別為

、

.(填落點位置的標記字母)

M

P

1232.[探究碰撞前后的動量變化/2022重慶]如圖甲為某小組探究兩滑塊碰撞前后的動量

變化規律所用的實驗裝置示意圖.帶刻度尺的氣墊導軌右支點固定，左支點高度可

調，裝置上方固定一具有計時功能的攝像機.

圖甲(1)要測量滑塊的動量，除了前述實驗器材外，還需要的實驗器材是

?.[解析]

根據動量的定義式p＝mv可知要測量滑塊的動量，必須測出滑塊的速度

和質量，結合題干可知還需要天平.天平123(2)為減小重力對實驗的影響，開動氣泵后，調節氣墊導軌的左支點，使輕推后的滑

塊能在氣墊導軌上近似做

運動.[解析]

若氣墊導軌是傾斜的，則滑塊在導軌上將做勻變速直線運動，使得實驗

測出的結果誤差較大，為了減小重力對實驗的影響，應該讓氣墊導軌處于水平狀

態，檢查氣墊導軌是否水平，就是將導軌調節好后接通氣泵輕推滑塊，若滑塊在導

軌上做勻速直線運動，則說明導軌水平.勻速直線123(3)測得滑塊B的質量為197.8g，兩滑塊碰撞前后位置x隨時間t的變化圖像如圖乙所

示，其中①為滑塊B碰前的圖線.取滑塊A碰前的運動方向為正方向，由圖中數據可

得滑塊B碰前的動量為

kg·m·s-1(保留2位有效數字)，滑塊A碰后的圖線

為

(選填“②”“③”或“④”).-0.011

③圖乙123

1233.[探究碰撞中的不變量/2022浙江1月]“探究碰撞中的不變量”的實驗裝置如圖所

示，阻力很小的滑軌上有兩輛小車A、B，給小車A一定速度去碰撞靜止的小車B，小

車A、B碰撞前后的速度大小可由速度傳感器測得.①[單選]實驗應進行的操作有

?.A.測量滑軌的長度B.測量小車的長度和高度C.碰撞前將滑軌調成水平C

[解析]

碰撞前應將滑軌調成水平，確保系統所受合外力為零，保證碰撞過程中

動量守恒，沒有必要測量滑軌的長度和小車的長度、高度，故選項A、B均錯誤，選

項C正確.123②下表是某次實驗時測得的數據：A的質量/kg0.200B的質量/kg0.300碰撞前A的速度大小/(m·s-1)1.010碰撞后A的速度大小/(m·s-1)0.200碰撞后B的速度大小/(m·s-1)0.800由表中數據可知，碰撞后小車A、B所構成系統的總動量大小是

kg·m/s.(結

果保留3位有效數字)0.200

[解析]

由表中數據可知小車A的質量小于B的質量，則碰后小車A反向運動，以碰前小車A的運動方向為正方向，則可知碰后系統的總動量大小為p＝pB-pA＝0.200kg·m/s.123123451.利用“類牛頓擺”驗證動量守恒定律.實驗器材：兩個半徑相同的球1和球2，細線

若干，坐標紙，刻度尺.實驗步驟：(1)測量小球1、2的質量分別為m1、m2，將小球各用兩細線懸掛于水平支架上，兩小球位于同一水平面內，如圖甲.圖甲

(2)將坐標紙豎直固定在水平支架上，使坐標紙與小球運動平面平行且盡量靠近.坐標

紙每一小格均是邊長為d的正方形.將小球1拉至某一位置A，由靜止釋放，用手機在

垂直坐標紙方向高速連拍.(3)分析連拍照片得出，球1從A點由靜止釋放，在最低點與球2發生水平方向的正

碰，球1反彈后到達的最高位置為B，球2向左擺動的最高位置為C，如圖乙.已知重

力加速度為g，碰撞前瞬間球1的動量大小為

，若滿足關系式

?

，則驗證碰撞中動量守恒.圖乙

2m1＝

m2

12345

12345(4)與用一根細線懸掛小球相比，本實驗采用雙線擺的優點是

?

?.[解析]

與單線擺相比，雙線擺的優點是雙線擺能保證小球運動更穩定，使小球運動軌跡在同一豎直平面內.使小球運動軌跡在同

一豎直平面內123452.[2024福建泉州質量監測]用圖甲實驗裝置完成“驗證動量守恒定律”的實驗.按要

求安裝好儀器后開始實驗.先不放小球B，讓小球A從擋板處無初速度釋放，重復實

驗若干次，測得小球落點的平均位置為P，然后把小球B靜止放在槽的水平部分的前

端邊緣處，又重復實驗若干次，在白紙上記錄下掛于邊緣處的重垂線在記錄紙上的

豎直投影點和各次實驗時小球A、B落點的平均位置，從左至右依次記為O、M、P、

N點.圖甲

圖乙12345(1)用游標卡尺測量A球的直徑，示數如圖乙，其讀數為

?mm.[解析]

根據游標卡尺的讀數規則可知，

其讀數為10mm＋5×0.1mm＝10.5mm.(2)在實驗中以下情況對實驗結果不會造成影響的是

?.A.斜槽軌道不光滑B.槽口切線不水平C.A球質量小于B球質量10.5

A

圖甲

圖乙12345[解析]

實驗時只要使小球A從同一位置由靜止釋放，斜槽軌道是否光滑，都不影響小球到底端時速度相同，A符合題意；若槽口切線不水平，則A和B在空中的運動就不是平拋運動，無法通過平拋運動規律驗證動量守恒定律，B不符合題意；若A球質量小于B球質量，則碰撞后A會反彈，其與槽間的摩擦會再消耗一部分能量，當A從邊緣飛出時，其速度要小于碰撞后瞬間的速度，所以無法驗證動量守恒定律，C不符合題意.圖甲

圖乙12345(3)若A、B球的質量分別為3m、m，按正確操作，在誤差允許的范圍內，MP∶ON

＝

，則表明碰撞過程中由A、B兩球組成的系統動量守恒.

1∶3

圖甲

圖乙12345

3.如圖所示，某同學利用光電門、斜面、彈簧、滑塊和小球等裝置設計了一個實驗

用來驗證動量守恒定律.主要操作步驟為：①將光電門固定在光滑水平桌面上；②用天平分別測出小滑塊a(含擋光片)和小球b的質量ma、mb；③從桌面邊緣搭建斜面，斜面頂端與桌面等高，在斜面上鋪白紙，白紙上面放上復

寫紙；④在a和b間鎖定一個壓縮的輕彈簧，將系統靜止放置在平臺上；⑤解除鎖定，a、b瞬間被彈開，記錄a通過光電門時擋光片的遮光時間t；⑥記錄b落在斜面上的點M，用刻度尺測出其到桌面邊緣O的距離為s0.12345已知擋光片寬度為d，重力加速度為g，請回答下列問題：(1)滑塊a經過光電門時的瞬時速度v＝

(用題給字母表示)；

12345(2)若測得斜面的傾角為θ，則小球b做平拋運動的初速度v0＝

(用題給字

母表示)；

12345(3)若a、b在解除鎖定過程中動量守恒，需滿足的關系式是

(用

題給字母表示).

123454.[實驗裝置創新/2022全國甲]利用圖示的實驗裝置對碰撞過程進行研究.讓質量為m1

的滑塊A與質量為m2的靜止滑塊B在水平氣墊導軌上發生碰撞，碰撞時間極短，比較

碰撞后A和B的速度大小v1和v2，進而分析碰撞過程是否為彈性碰撞.完成下列填空：(1)調節導軌水平.(2)測得兩滑塊的質量分別為0.510kg和0.304kg.要使碰撞后兩滑塊運動方向相反，應

選取質量為

kg的滑塊作為A.

0.304

[解析]

要使碰撞后兩滑塊的運動方向相

反，必須使質量較小的滑塊碰撞質量較大

的靜止滑塊，所以應選取質量為0.304kg的

滑塊作為A.

12345(3)調節B的位置，使得A與B接觸時，A的左端到左邊擋板的距離s1與B的右端到右邊

擋板的距離s2相等.(4)使A以一定的初速度沿氣墊導軌運動，并與B碰撞，分別用傳感器記錄A和B從碰

撞時刻開始到各自撞到擋板所用的時間t1和t2.12345(5)將B放回到碰撞前的位置，改變A的初速度大小，重復步驟(4).多次測量的結果如

下表所示.12345t1/s0.490.671.011.221.39t2/s0.150.210.330.400.460.31k20.330.330.33(6)表中的k2＝

(保留2位有效數字).0.31

12345

0.32

0.34

12345

123455.[實驗器材創新/2023遼寧]某同學為了驗證對心碰撞過程中的動量守恒定律，設計