验证动量守恒定律实验

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,实验：验证动量守恒定律,证明碰撞过程中动量守恒，即,m,1,V,1,=m,1,V,1,+m,2,V,2,用两个,大小相同但质量不等,的小球的碰撞来验证动量守恒定律，小球,A,以初速度,V,1,去碰静止的小球,B,碰撞后小球,A,的速度为,V,1,，小球,B,的速度为,V,2,.,一、实验原理,保证,“,水平,”,和,“,正碰,”,及正确测量三个落点的,相对位置,P,、,M,、,N,是实验成败的关键,本实验中较巧妙地借助平抛运动的规律，将速度的测量转化为对水平位移的测量，,验证表达式：,m,1,.OP=,m,1,.OM+,m,2,O,N,二、实验器材,斜槽，两个,大小相等、质量不同,的小球，重锤线，复写纸，白纸，,_,、,_,，,游标卡尺,、,圆规,等,天平 刻度尺,m,1,.OP=,m,1,.OM+,m,2,O,N,四、实验操作,1.,用天平测出两个小球的质量,m,1,、,m,2,.,选质量大的作为入射球,m,1,.,2.,按图所示安装好实验装置，使,斜槽的末端,_,把被碰球放在斜槽前的支柱上,调节实验装置使,两球处于,_,.,3.,在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸，当小球落在复写纸上时，便在白纸上留下了小球落地的痕迹,4.,在白纸上记下重垂线所指的位置,O.,OO,的距离即为小球直径,d,。,切线水平,同一高度,5,先不放上被碰小球，让入射小球从斜槽上同一高度滚下，重复,5,次,用尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面，,圆心,P,就是小球落点的,平均位置,7.,过,O,、,N,在纸上作直线,取,OO,d,O,即为被碰球被碰时球心投影位置。,6.,把被碰小球,B,放在支柱上,让入射小球,A,从,同一高度滚下,使它们发生正碰,重复,3,5,次,仿步骤,5,求出入射小球,A,的,平均落点,M,和被碰小球,B,的,平均落点,N,。,8,、用刻度尺量,OM,、,OP,、,ON,的长度。把两小球的质量和相应的,“,速度数值,代入表达式看是否成立,:,9,、整理实验器材，放回原处。,验证的表达式：,m,A,OP=m,A,OM+m,B,O,N,主要测量的物理量,：,a,用天平测两球质量,m,1,、,m,2,b,用游标卡尺测小球的直径,d,，,c,水平射程：,OP,、,OM,、,O,N,斜槽末端切线要,水平,;,每次小球下滑要从,同一高度,处由静止开始,;,要保证,对心碰撞,.,球心等高或在同一水平线上,小球的诸多落点要用用圆规画,尽可能小的圆,把所有的小球落点都圈在里面,该小圆的,圆心即为小球的平均落点,。,入射小球的质量,m,A,和被碰小球的质量,m,B,的大小关系是,m,A,m,B,。,注意：实验过程中实验桌、斜槽、记录的白纸的位置要始终保持不变,.,五、注意事项,验证的表达式：,m,A,OP=m,A,OM+m,B,ON,粗略证明,:,六、误差分析,实验中发现碰撞后系统,(m,1,、,m,2,),水平方向的总动量小于碰撞前系统水平方向的总动量，误差主要来源于：,1,难做到准确的正碰，则误差较大；斜槽末端若不水平，则得不到准确的平抛运动而造成误差,2,O,、,O,、,P,、,M,、,N,各点定位不准确，测量和作图有偏差,训练,1.,在做碰撞中的动量守恒的实验时，不需要测量的物理量有,(),A,、入射小球和被碰小球的质量,B,、入射小球和被碰小球的直径,C,、斜槽轨道的末端距地面的高度,D,、入射球滚下到抛出时的高度差,E,、入射球未碰撞时飞出的水平距离,F,、入射球和被碰球碰撞后飞出的水平距离,C D,2,、,在做碰撞实验中必须（）,、,斜槽轨道必须光滑,、,斜槽轨道末端的切线必须水平,、,入射球每次都要从同一高度由静止落下,、,碰撞的瞬间，入射球与被碰球的球心连线与轨道末端的切线平行,BCD,3.,在本实验中，入射球每次滚下都应从斜槽上的同一位置无初速释放，这是为了使：,A,、小球每次都能水平飞出槽口,B,、小球每次都以相同的速度飞出槽口,C,、小球在空中飞行的时间不变,D,、小球每次都能对心碰撞,B,4.,在本实验中，安装斜槽轨道时，应让斜槽末端点的切线保持水平，这样做的目的是为了使,A,、入射球得到较大的速度,B,、入射球与被碰小球对心碰撞后的速度为水平方向,C,、入射球与被碰球碰撞时动能无损失,D,、入射球与被碰球碰后均能从同一高度飞出,B,5.,某同学用图所示装置通过半径相同的,A,、,B,两球的碰撞来验证动量守恒定律图中,PQ,是斜槽，,QR,为水平槽实验时先使,A,球从斜槽上某一固定位置,G,由静止开始滚下，落到位于水平地面的记录纸上，留下痕迹重复上述操作,10,次，得到,10,个落点痕迹再把,B,球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让,A,球仍从位置,G,由静止开始滚下，,和,B,球碰撞后，,A,、,B,球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹重复这种操作,10,次中,O,点是水平槽末端,R,在记录纸上的垂直投影点,B,球落点痕迹如图所示，其中米尺水平放置，且平行于,G,、,R,、,O,所在的平面，米尺的零点与,O,点对齐,(1),碰撞后,B,球的水平射程应取为,_cm.,(2),在以下选项中，哪些是本次实验必须进行的测量？,_(,填选项号,),A,水平槽上未放,B,球时，测量,A,球落点位置到,O,点的距离,B,A,球与,B,球碰撞后，测量,A,球落点位置到,O,点的距离,C,测量,A,球或,B,球的直径,D,测量,A,球与,B,球的质量,(,或两球质量之比,),E,测量,G,点相对于水平槽面的高度,64.7,(64.2 cm-65.2 cm),ABD,6.,入射球,m,1,碰撞前的速度以及被碰球,m,2,碰撞后的速度可用其运动的水平位移来表示，图中,M,、,N,、,P,是小球的落点，下列说法中正确的是,A,、,O,是被碰球在碰撞前其球心在纸上的垂直投影,B,、,O,是碰撞前入射球的球心在纸上的垂直投影,C,、被碰球碰撞后的动量可表示为,D,、入射球碰撞前的动量可表示为,ABC,在小车,A,的后面连着纸带，电磁打点计时器的频率为,50 Hz,，长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力,(1),若已得到打点纸带如图,51,12,所示，并测得各计数点间的距离在图上标出,A,为运动起始点，则应选,_,段来计算,A,碰前的速度，应选,_,段来计算,A,和,B,碰后的共同速度,BC,DE,0.420,0.417,8.(2010,泰州模拟,),某同学利用打点计时器和气垫导轨做,“,验证动量守恒定律,”,的实验气垫导轨装置如图,13,1,4(a),所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔，向导轨空腔内不断通入压缩空气，空气会从小孔中喷出，使滑块稳定地漂浮在导轨上，这样就大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差,(1),下面是实验的主要步骤：,安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；,向气垫导轨空腔内通入压缩空气；,把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧，将纸带穿过打点计时器与弹射架并固定在滑块,1,的左端，调节打点计时器的高度，直至滑块拖着纸带移动时，纸带始终在水平方向；,使滑块,1,挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；,把滑块,2,放在气垫导轨的中间；,先,_,，然后,_,，让滑块带动纸带一起运动；,接通打点计时器的电源,放开滑块,1,取下纸带，重复步骤，选出理想的纸带如图,(b),所示；,测得滑块,1,的质量,310 g,，滑块,2(,包括橡皮泥,),的质量为,205 g.,(2),已知打点计时器每隔,0.02 s,打一个点，计算可知两滑块相互作用以前系统的总动量为,_kg,m/s,；两滑块相互作用以后系统的总动量为,_kg,m/s(,保留三位有效数字,),(3),试说明,(2),中两结果不完全相等的主要原因是,_.,0.620,0.618,纸带与打点计时器限位孔间有摩擦,9,弹性球,1,用细线悬挂于,O,点，,O,点正下方桌子的边沿有一竖直立柱实验时，调节悬点，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,.,此外：,(1),还需要测量的量是,_,、,_,和,_,(2),根据测量的数据，该实验中动量守,恒的表达式为,_(,忽略小球的大小,),(1),弹性球,1,、,2,的质量,m,1,、,m,2,立柱高,h,桌面高,H,