1、06 动量 实验七 验证动量守恒定律 实验要点 一、实验目的 验证动量守恒定律二、实验原理在一维碰撞中，测出物体的质量 m 和碰撞前后物体的速度 v、v，找出碰撞前的动量pm1v1m2v2 及碰撞后的动量 pm1v1m2v2，看碰撞前后动量是否守恒三、实验方案 方案 1 利用气垫导轨完成一维碰撞实验 1实验器材 气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个)、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等图实 712实验步骤(1)测质量：用天平测出滑块质量(2)安装：正确安装好气垫导轨(3)实验：接通电源，利用配套的光电计时装置测出两滑块各种情况下碰撞前后的速度(改变滑块的质量；改变滑块的初速
2、度大小和方向)(4)验证：一维碰撞中的动量守恒3数据处理(1)滑块速度的测量：v x t，式中 x 为滑块挡光片的宽度(仪器说明书上给出，也可直接测量)，t 为数字计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门的时间(2)验证的表达式：m1v1m2v2m1v1m2v2.方案 2 利用等长摆球完成一维碰撞实验 1实验器材 带细线的摆球(两套)、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等2实验步骤(1)测质量：用天平测出两小球的质量 m1、m2.(2)安装：把两个等大小球用等长悬线悬挂起来图实 72(3)实验：一个小球静止，拉起另一个小球，放下时它们相碰(4)测速度：可以测量小球被拉起的角度，从而算出碰撞前对应小
3、球的速度，测量碰撞后小球摆起的角度，算出碰撞后对应小球的速度(5)改变条件：改变碰撞条件，重复实验(6)验证：一维碰撞中的动量守恒3数据处理(1)摆球速度的测量：v 2gh，式中 h 为小球释放时(或碰撞后摆起的)高度，h 可用刻度尺测量(也可由量角器和摆长计算出)(2)验证的表达式：m1v1m2v2m1v1m2v2.方案 3 利用两辆小车完成一维碰撞实验 1实验器材 光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥图实 732实验步骤(1)测质量：用天平测出两小车的质量(2)安装：将打点计时器固定在光滑长木板的一端，把纸带穿过打点计时器，连在小车的后面，在两小车的碰撞端分别装上
4、撞针和橡皮泥(3)实验：接通电源，让小车 A 运动，小车 B 静止，两车碰撞时撞针插入橡皮泥中，把两小车连接成一个整体运动(4)测速度：通过纸带上两计数点间的距离及时间，由 v x t算出速度(5)改变条件：改变碰撞条件，重复实验(6)验证：一维碰撞中的动量守恒3数据处理(1)小车速度的测量：v x t，式中 x 是纸带上两计数点间的距离，可用刻度尺测量，t 为小车经过 x 的时间，可由打点间隔算出(2)验证的表达式：m1v1m2v2m1v1m2v2.方案 4 利用斜槽滚球验证动量守恒定律 1实验器材 斜槽、小球(两个)、天平、复写纸、白纸等2实验步骤(1)测质量：用天平测出两小球的质量，并选
5、定质量大的小球为入射小球(2)安装：按照如图实 74 所示安装实验装置，调整固定斜槽使斜槽底端水平图实 74(3)铺纸：白纸在下，复写纸在上且在适当位置铺放好记下重垂线所指的位置 O.(4)放球找点：不放被撞小球，每次让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下，重复10 次用圆规画尽量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(5)碰撞找点：把被撞小球放在斜槽末端，每次让入射小球从斜槽同一高度自由滚下，使它们发生碰撞，重复实验 10 次用步骤(4)的方法，标出碰后入射小球落点的平均位置M 和被撞小球落点的平均位置 N.如图实 75 所示图实 75(6)验证：连接 ON，测量线段
6、 OP、OM、ON 的长度将测量数据填入表中最后代入 m1OPm1OMm2ON，看在误差允许的范围内是否成立(7)结束：整理好实验器材放回原处3数据处理 验证的表达式：m1OPm1OMm2ON.三、注意事项 1前提条件：碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”2方案提醒(1)若利用气垫导轨进行验证，调整气垫导轨时，应注意利用水平仪确保导轨水平(2)若利用摆球进行验证，两摆球静止时球心应在同一水平线上，且刚好接触，摆线竖直，将摆球拉起后，两摆线应在同一竖直面内(3)若利用两小车相碰进行验证，要注意平衡摩擦力(4)若利用平抛运动规律进行验证，安装实验装置时，应注意调整斜槽，使斜槽末端水平，且选质量较大
7、的小球为入射小球3探究结论：寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不变四、误差分析 1系统误差：主要来源于装置本身是否符合要求(1)碰撞是否为一维正碰(2)实验是否满足动量守恒的条件，如气垫导轨是否水平，两球是否等大，用长木板实验时是否平衡掉摩擦力2偶然误差：主要来源于质量 m1、m2和碰撞前后速度(或水平射程)的测量考点突破【例 1】(2019 年南宁模拟)如图实 76 所示为“验证碰撞中的动量守恒”实验装置示意图图实 76(1)入射小球 1 与被碰小球 2 直径相同，均为 d，它们的质量相比较，应是 m1_m2.(2)为了保证小球做平抛运动，必须调整斜槽使_(3)继续实验步骤为：A在地面上依次
8、铺白纸和复写纸B确定重锤对应点 O.C不放球 2，让球 1 从斜槽滑下，确定它落地点位置 P.D把球 2 放在立柱上，让球 1 从斜槽滑下，与球 2 正碰后，确定球 1 和球 2 落地点位置 M 和 N.E用刻度尺量 OM、OP、ON 的长度F看 m1OMm2ON 与 m1OP 是否相等，以验证动量守恒上述步骤有几步不完善或有错误，请指出并写出相应的正确步骤_.【解析】(1)入射小球 1 与被碰小球 2 直径相同，即 d1d2，为防止两球碰撞后入射球反弹，入射球质量应大于被碰球质量，即 m1m2.(2)要使小球做平抛运动，则斜槽的末端必须水平(3)为使小球离开轨道时的初速度相等，每次释放小球时
9、应从同一高度由静止释放，故步骤 D 不完善；两球离开轨道后做平抛运动，它们抛出点的高度相等，在空中的运动时间 t 相等，若碰撞过程动量守恒，则有：m1v1m1v1m2v2，两边同乘以 t 得：m1v1tm1v1tm2v2t，即为：m1OPm1OMm2(ONd)，故步骤 F 错误【答案】(1)(2)斜槽末端切线水平D 不完善，小球 1 应从斜槽的同一高度由静止释放；F 错误，应验证：m1OPm1OMm2(ONd)【例 2】现利用图实 77 所示的装置验证动量守恒定律在图实 77 中，气垫导轨上有 A、B 两个滑块，滑块 A 右侧带有一弹簧片，左侧与打点计时器(图中未画出)的纸带相连；滑块 B 左
10、侧也带有一弹簧片，上面固定一遮光片，光电计时器(未完全画出)可以记录遮光片通过光电门的时间图实 77实验测得滑块 A 的质量 m10.310 kg，滑块 B 的质量 m20.108 kg，遮光片的宽度 d1.00 cm；打点计时器所用交流电的频率 f50.0 Hz.将光电门固定在滑块 B 的右侧，启动打点计时器，给滑块 A 一向右的初速度，使它与 B 相碰碰后光电计时器显示的时间为 tB3.500 ms，碰撞前后打出的纸带如图实 78 所示图实 78若实验允许的相对误差绝对值碰撞前后总动量之差碰前总动量100%最大为 5%，本实验是否在误差范围内验证了动量守恒定律？写出运算过程【解析】按定义，
11、滑块运动的瞬时速度大小 v 为 vst 式中s 为滑块在很短时间t 内走过的路程 设纸带上打出相邻两点的时间间隔为tA，则 tA1f0.02 s tA可视为很短 设滑块 A 在碰撞前后瞬时速度大小分别为 v0、v1.将式和图给实验数据代入式得 v02.00 m/s v10.970 m/s 滑块 B 在碰撞后的速度大小为 v2，由式有 v2 dtB 代入题给实验数据得 v22.86 m/s 设两滑块在碰撞前后的总动量分别为 p 和 p，则 pm1v0 pm1v1m2v2 两滑块在碰撞前后总动量相对误差的绝对值为 pppp100%联立式并代入有关数据，得 p1.7%5%因此，本实验在允许的误差范围
12、内验证了动量守恒定律【答案】见解析【例 3】图实 79 是用来验证动量守恒的实验装置，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.图实 79(1)还需要测量的量是_、_
13、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)【解析】(1)要验证动量守恒必须知道两球碰撞前后的动量变化，根据弹性球 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；根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)根据(1)的解析可以写出动量守恒的方程：2m1 ah2m1 bhm2cHh.【答案】(1)弹性球 1、2 的质量 m1、m2立柱高 h 桌面高 H(2)2m1 ah2m1 bhm2cHh温示提馨请做：课时作业29（点击进入）word板块
