实验--验证动量守恒定律

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1、实验十四　验证动量守恒定律实验分析与导引一、设计实验【实验目的】验证一维碰撞中的动量守恒．【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p＝m1v1＋m2v2及碰撞后的动量p′＝m1v1′＋m2v2′，看碰撞前后动量是否守恒．【实验器材】方案一：气垫导轨，滑块，天平，弹性圈，粘扣，挡光片，光电门，物理实验微机辅助教学系统．方案二：重垂线一条，大小相等、质量不同的小球两个，斜槽，白纸，复写纸，刻度尺，天平一台，圆规一个．【实验步骤】方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验1．测质量：用天平测出滑块质量．2．安装：正确安装好气垫

2、导轨．(如图12－2－1所示)图12－2－13．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(①改变滑块的质量；②改变滑块的初速度大小和方向)．4．验证：一维碰撞中的动量守恒．方案二：利用斜槽完成一维碰撞实验1．先用天平测出小球质量m1、m2.2．按如图12－2－2所示安装好实验装置，将斜槽固定在桌边，使槽的末端切线水平．图12－2－23．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.4．先不放被碰小球，让入射球从斜槽上某一高度处滚下，重复10次，用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面，圆心就是入射球不碰时

3、的落地点P.5．把被碰小球放在斜槽前端边缘处，让入射小球从同一高度滚下，使它们发生正碰，重复10次，依照步骤4求出入射小球落点的平均位置M和被碰小球落点的平均位置N.过O、N在纸上作一直线．图12－2－3三、注意事项1．前提条件：碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”．2．若利用“气垫导轨”完成实验，调整气垫导轨时，注意利用水平仪确保导轨水平．若用“斜槽”完成实验，斜槽末端的切线必须水平，入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放．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，即：(1)碰撞是否为一维碰撞．(2)实验是否满足动量守恒的条件：如气垫导轨是

4、否水平，两球是否等大．2．偶然误差：主要来源于质量m和速度v的测量．3．改进措施：(1)设计方案时应保证碰撞为一维碰撞，且尽量满足动量守恒的条件．(2)采取多次测量求平均值的方法减小偶然误差．一、基本实验原理及操作如图12－2－4所示为“验证动量守恒定律”实验装置示意图．图12－2－4典例透析与示范例1(1)入射小球1与被碰小球2直径相同，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)实验步骤如下：A．在地面上依次铺白纸和复写纸．B．确定重锤对应点O.C．不放球2，让球1从槽M点滚下，确定它的

5、落地点P.D．把球2放在立柱上，让球1从斜槽M点滚下，与球2正碰后，确定它们落地位置L1、L2.E．量出OL1、OP、OL2的长度．【答案】(1)>(2)斜槽末端切线水平(3)见解析【规律总结】掌握该实验的操作要领和注意事项是解决问题的关键．二、实验数据的处理例2气垫导轨(如图12－2－5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

6、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继续运动．图乙为某次实验打出的点迹清晰的纸带的一部分，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________．重复上述实验，多做几次．若碰撞前、后两滑块的总动量在实验误差允许的范围内相等，则动量守恒定律得到验证．图12－2－5【解析】动量p＝mv

7、，根据v＝s/(5t)可知两滑块碰前的速度分别为v1＝0.2s1b、v2＝0.2s3b，则碰前动量分别为0.2abs1和0.2abs3，总动量大小为av1－av2＝0.2ab(s1－s3)；碰撞后两滑块的总动量大小为2av＝2as2/(5t)＝0.4abs2.【答案】0.2abs30.2abs10.2ab(s1－s3)0.4abs2(第1、2空答案可互换)【规律总结】本实验是另一种验证动量守恒的方法，数据记录是借助纸带，正确掌握利用纸带求瞬时速度的方法是解题的前提．三、创新实验例3某同学设计了一个用打点计时器验证动量守恒定律的实验：在小车A的前端粘有橡皮泥，推动

8、小车A使之做匀速运动．然