探究实验：碰撞实验器法验证动量守恒定律

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1、碰撞实验器法验证动量守恒定律【目的和要求】通过两球作对心碰撞后做平抛运动来验证动量守恒定律，理解利用“等效”观念简化实验测定的设计思想。【仪器和器材】钢质入射球（质量约45－50克），电木制靶球（质量约7－8克、半径与入射球相同）、天平（托盘天平或学生天平），碰撞实验器（J2135型），木板，白纸，复写纸，直尺。【实验方法】5/51．把碰撞实验器装在桌边，如图2．32。把入射球放在导轨的下段，微转导轨，使入射球在其上面能静止，然后紧固水平调节螺钉。把一块木板放在导轨前方地面上，在其上面铺好白纸并用图钉钉住。2．放倒支球柱，让入射球从定位板处由静止开始滚下，观察球在纸面上的落点位置。然后在

2、该处铺上复写纸，重新让入射球做平抛运动五次以上，每次都应从定位板处放开入射球。在各落球点附近画一圆，使所有落点都恰好围在此圆中，以此圆的圆心作为入射球的平均落点P。转动放线轴手柄，使重锤悬线从端面的“V”形缺口垂下，在纸面上标出锤尖的投影点O，这就是碰撞时入射球的球心在纸上的垂直投影，OP线段即为入射球在没有发生碰撞时飞出的水平距离S1。在纸面上画出过O、P的直线。5/53．扶起支球柱，放上靶球，调节支柱的位置，使入射球和靶球的球心连线与导轨水平部分平行（即球等高，且球心连线与入射球入射速度方向一致），当入射球球心在导轨下边沿时，两球刚好接触。然后紧固支球柱，让入射球从定位板处自由滚下，

3、观察两球碰后的落点，然后在落点附近铺上复写纸。重复两球碰后做平抛运动的实验一次。揭开复写纸，看两球落点是否在纸上过O、P的连线附近。若落点偏离此线两厘米以上，则需重新细调支球柱的位置。再做两球碰撞的实验五次以上。注意每次入射球都要从挡板处开始运动。像步骤2那样确定两球的平均落点M和N。4．用天平分别称出两球质量，用游标卡尺量出两球半径r（若有微小差别，可取平均值）。在纸上在O、P的连线上作距O为2r的O′点，则OM为入射球碰撞后飞出的水平距离S′1，O′N为靶球飞出的水平距离S′2用尺测出S1、S′1、S′2比较m1S1和m1S′1＋m2S′2，看在实验误差范围内是否相等。利用本实验装置

4、，也可以验证在完全非弹性正碰撞中动量守恒。只需在靶球上靠碰撞点一侧贴厚约2－3毫米的橡皮泥即可。实验操作及注意事项与上面完全相同。要特别注意调节支球柱的位置，否则可能会因斜碰而造成两球碰后分离。设两球碰后水平距离为S′，则S′应从图3．32中OO5/5′的中点计起（为什么？）2．利用本实验装置，还可以研究动量守恒的条件，即系统受的合外力不为零时，系统的动量不守恒。实验时，用橡皮泥把靶球粘在支球柱上，然后按上述实验方法进行实验。结果将会发现，m1S1＞m1S′1＋m2S′2，这是由于橡皮泥粘力的冲量所减少的系统的动量已不能忽略不计，动量守恒的条件不满足的结果。【注意事项】1．正确调节好支球

5、柱的位置，使碰撞后的平均落点在O、P的连线附近，是做好本实验的关键。特别是两球球心如果不是一样高，碰撞后一个做斜上抛运动，一个做斜下抛运动，则会带来较大的误差。如果球心一样高，球心连线不完全与入射速度一致或球本身的缺陷，使碰撞不是正碰，这时只要从落点M、N向过O、P的连线作垂线，与OP相交于M′和N′，则把OM′作为S′1，O′N′作为S′25/5，也可以比较好地验证定律。这是因为从理论上可知，在OP方向上动量应该守恒。2．实验过程中，不能移动木板，否则实验只能从头开始重新做。3．入射球的初始高度不可过低，否则飞出的水平距离过小，会增大测量误差。【思考题】1．本实验中，如果用质量小的电木

6、球作入射球，钢球作靶球可不可以？请实践一下，并分析现象产生的原因。如果入射球和靶球都用相同质量的钢球可不可以？请实践一下。2．如果实验时，支球柱轴线到导轨端面的距离大于或小于两球半径之和，会发生什么现象？对本实验结果有什么影响？3．若支球柱偏高或偏低，会出现怎样的现象？对实验结果有什么影响？5/5