实验：验证动量守恒定律

1 实验：验证动量守恒定律 1.会用实验装置测速度或用其他物理量表示物体的速度大小. 2.验证在系统不受外力的作用下，系统内物体相互作用时总动量守恒 一、基本实验要求 1．实验目的 验证动量守恒定律 2．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′，算出碰撞前的动量 p＝m1v1＋m2v2 及碰撞后的动量 p′＝m1v1′＋m2v2′，看碰撞前后动量是否守恒． 2．实验器材 斜槽、小球(两个)、天平、复写纸、白纸，刻度尺，圆规等． 3．实验步骤 (1)用天平测出两小球的质量，并选定质量大的小球为入射小球． (2)按照实验原理图甲安装实验装置．调整、固定斜槽使斜槽底端水平． (3)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)不放被撞小球，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 把小球所有的落点都圈在里面．圆心 P 就是小球落点的平均位置． (5)把被撞小球放在斜槽末端，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.如实验原理 图乙所示． (6)连接 ON，测量线段 OP、OM、ON 的长度．将测量数据填入表中．最后代入 m 1OP＝m1OM＋ m2ON，看在误差允许的范围内是否成立． (7)整理好实验器材放回原处． (8)实验结论：在实验误差允许范围内，碰撞系统的动量守恒． 二、注意事项2 (1)前提条件:保证碰撞是一维的，即保证两物体在碰撞之前沿同一直线运动，碰撞之后还沿这条直线运 动． (2)利用斜槽进行实验，入射球质量要大于被碰球质量，即 m1>m2，防止碰后 m1 被反弹． （3）斜槽末端的切线必须水平； （4）入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放； （5）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。 例 1．某同学用如图 1 所示的装置做验证动量守恒定律的实验．先将 a 球从斜槽轨道上某固定点处 由静止开始滚下，在水平地面上的记录纸上留下压痕，重复 10 次；再把同样大小的 b 球放在斜槽轨道末 水平段的最右端上，让 a 球仍从固定点由静止开始滚下，和 b 球相碰后，两球分别落在记录纸的不同位 置处，重复 10 次． 图 1 (1)本实验必须测量的物理量有 ． A．斜槽轨道末端距水平地面的高度 H B．小球 a、b 的质量 ma、mb C．小球 a、b 的半径 r D．小球 a、b 离开斜槽轨道末端后平抛飞行的时间 t E．记录纸上 O 点到 A、B、C 各点的距离OA、OB、OC F．a 球的固定释放点到斜槽轨道末端水平部分间的高度差 h (2)放上被碰小球 b，两球(ma>mb)相碰后，小球 a、b 的落地点依次是图中水平面上的 点和 点． (3)某同学在做实验时，测量了过程中的各个物理量，利用上述数据验证碰撞中的动量守恒，那么判 断的依据是看 和 在误差允许范围内是否相等． 练习3 1、（1）如图所示为实验室中验证动量守恒的实验装置示意图．若入射小球质量为 m1，半径为 r1； 被碰小球质量为 m2，半径为 r2，则(　　) A．m1＞m2，r1＞r2 B．m1＜m2，r1＜r2 C．m1＞m2，r1＝r2 D．m1＜m2，r1＝r2 (2)为完成此实验，以下所提供的测量工具中必需的是________．(填下列对应的字母) A．直尺　B．游标卡尺　C．天平　D．弹簧秤　E．秒表 (3)设入射小球的质量为 m1，被碰小球的质量为 m2，P 为碰前入射小球落点的平均位置，则关系式(用 m1、m2 及图中字母表示)__________________________成立．即表示碰撞中动量守恒． 2、某实验小组在进行“验证动量守恒定律”的实验中，入射球与被碰球半径相同． (1)用游标卡尺测量直径相同的入射球与被碰球的直径，测量结果如图甲所示，该球直径为 ________cm. (2)实验中，直接测定小球碰撞前、后的速度是不容易的．但是，可以通过仅测量________(填选项前 的符号)，间接地解决这个问题． A．小球开始释放高度 h B．小球抛出点距地面的高度 H C．小球做平抛运动的射程 D．小球的直径 (3)实验装置如图乙所示，先不放 B 球，使 A 球从斜槽上某一固定点 C 由静止滚下，再把 B 球静置于水4 平槽前端边缘处，让 A 球仍从 C 处由静止滚下．记录纸上的 O 点是重锤线所指的位置，M、P、N 分别 为落点的痕迹，未放 B 球时，A 球落地点是记录纸上的________点；放上 B 球后，B 球的落地点是记录 纸上的________点． (4)释放多次后，取各落点位置的平均值，测得各落点痕迹到 O 点的距离：OM＝13.10 cm，OP＝ 21.90 cm，ON＝26.04 cm.用天平称得入射小球 A 的质量，m1＝16.8 g，被碰小球 B 的质量 m2＝5.6 g．若 将小球质量与水平位移的乘积作为“动量”，请将下面的表格填写完整．(答案保留三位有效数字) OP/m OM/m ON/m 碰前“总动 量”p/kg·m 碰后“总动 量”p/kg·m 0.219 0 0.131 0 0.260 4 3.68×10－3 根据上面表格中的数据，你认为能得到的结论是_________________________ (5)实验中，关于入射小球在斜槽上释放点的高低对实验影响的说法中正确的是________． A．释放点越低，小球受阻力越小，入射小球速度越小，误差越小 B．释放点越低，两球碰后水平位移越小，水平位移测量的相对误差越小，两球速度的测量越准确 C．释放点越高，两球相碰时，相互作用的内力越大，碰撞前后动量之差越小，误差越小 D．释放点越高，入射小球对被碰小球的作用力越大，轨道对被碰小球的阻力越小 答案：　 例 1 (1)BE　(2)A　C　(3)ma·OB　(ma·OA＋mb·OC) 练习 1（1）C (2)AC (3) m1·OP＝m1·OM＋m2·ON 2(1) 2.14 (2)C (3)P N (4) 3.66×10－3 实验误差允许范围内，可认为系统在碰前和碰后的动量守恒 (5)C