1、一、实验目的一、实验目的 验证碰撞中的动量守恒。验证碰撞中的动量守恒。二、实验原理二、实验原理 在一维碰撞中，测出相碰的两物体的质量在一维碰撞中，测出相碰的两物体的质量m m1 1和和m m2 2及碰撞前、后物体的速度及碰撞前、后物体的速度v v1 1、v v2 2及及v v1 1、v v2 2，找出碰撞，找出碰撞前的动量前的动量p pm m1 1v v1 1m m2 2v v2 2及碰撞后的动量及碰撞后的动量p pm m1 1v v1 1m m2 2v v2 2，看碰撞前、后动量是否守恒。，看碰撞前、后动量是否守恒。三、实验器材三、实验器材方案一：方案一：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块气垫
2、导轨、光电计时器、天平、滑块( (两两个个) )、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥。针、橡皮泥。方案二：方案二：带细线的摆球带细线的摆球( (两套两套) )、铁架台、天平、量、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等。角器、坐标纸、胶布等。方案三：方案三：光滑长木板、打点计时器、纸带、小车光滑长木板、打点计时器、纸带、小车( (两两个个) )、天平、撞针、橡皮泥。、天平、撞针、橡皮泥。方案四：方案四：斜槽、大小相等质量不同的小球两个、重斜槽、大小相等质量不同的小球两个、重垂线一条、白纸、复写纸、天平、刻度尺、圆规、垂线一条、白纸、复写纸、
3、天平、刻度尺、圆规、三角板。三角板。四、实验步骤四、实验步骤方案一：方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验利用气垫导轨完成一维碰撞实验(1)(1)测质量：用天平测出滑块质量。测质量：用天平测出滑块质量。(2)(2)安装：正确安装好气垫导轨。安装：正确安装好气垫导轨。(3)(3)实验：接通电源，利用配套的光电计时装置测出两实验：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滑块各种情况下碰撞前后的速度( (改变滑块的量改变滑块的量改变滑块的初速度大小和方向改变滑块的初速度大小和方向) )。(4)(4)验证：一维碰撞中的动量守恒。验证：一维碰撞中的动量守恒。方案二：方案二：利用等
4、长悬线悬挂大小相等的小球完成一维碰利用等长悬线悬挂大小相等的小球完成一维碰撞验撞验(1)(1)测质量：用天平测出两小球的质量测质量：用天平测出两小球的质量m m1 1、m m2 2。(2)(2)安装：把两个大小相等的小球用等长悬线悬挂起来。安装：把两个大小相等的小球用等长悬线悬挂起来。(3)(3)实验：一个小球静止，拉起另一个小球，放下时它们实验：一个小球静止，拉起另一个小球，放下时它们相碰。相碰。(4)(4)测速度：可以测量小球被拉起的角度，从而算测速度：可以测量小球被拉起的角度，从而算出碰撞出碰撞前对应小球的速度，测量碰撞后小球摆起的角度，算前对应小球的速度，测量碰撞后小球摆起的角度，算出
5、碰撞后对应小球的速度。出碰撞后对应小球的速度。(5)(5)改变条件：改变碰撞条件，重复实验。改变条件：改变碰撞条件，重复实验。(6)(6)验证：一维碰撞中的动量守恒。验证：一维碰撞中的动量守恒。(6)(6)把被碰小球放在斜槽的末端，让入射小球从同一高度把被碰小球放在斜槽的末端，让入射小球从同一高度滚下，使它发生正碰，重复滚下，使它发生正碰，重复1010次，仿步骤（次，仿步骤（5 5）求出入射）求出入射小球落地点的平均位置小球落地点的平均位置M M和被碰小球落地点的平均位置和被碰小球落地点的平均位置N N。(7)(7)过过O O和和N N在纸上作一直线。在纸上作一直线。(8)(8)用刻度尺量出线
6、段用刻度尺量出线段OMOM、OPOP、ONON的长度把两小球的的长度把两小球的质量和相应的数值代入质量和相应的数值代入m m1 1OPOPm m1 1OMOMm m2 2ONON，看是，看是否成立。否成立。六、注意事项六、注意事项1 1前提条件前提条件 碰撞的两物体应保证碰撞的两物体应保证“水平水平”和和“正碰正碰”。2 2方案提醒方案提醒(1)(1)若利用气垫导轨进行实验，调整气垫导轨时，注意利用水若利用气垫导轨进行实验，调整气垫导轨时，注意利用水平仪确保导轨水平。平仪确保导轨水平。(2)(2)若利用摆球进行实验，两小球静放时球心应在同一水线上，若利用摆球进行实验，两小球静放时球心应在同一水
7、线上，且刚好接触，摆线竖直，将小球拉起后，两条摆线应在同一竖且刚好接触，摆线竖直，将小球拉起后，两条摆线应在同一竖直面内。直面内。(3)(3)若利用长木板进行实验，可在长木板下垫一小木片用若利用长木板进行实验，可在长木板下垫一小木片用 以平衡摩擦力。以平衡摩擦力。(4)(4)若利用斜槽小球碰撞应注意：若利用斜槽小球碰撞应注意：斜槽末端的切线必须水平；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；入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放；选质量较大的小球作为入射小球；选质量较大的小球作为入射小球；实验过程中实验桌、斜槽、记录的白纸的位置要始实验过程中实验桌、斜槽、记录的白
8、纸的位置要始终保持不变。终保持不变。3 3探究结论探究结论 寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不改变。寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不改变。七、误差分析七、误差分析1 1系统误差系统误差 主要来源于装置本身是否符合要求，即：主要来源于装置本身是否符合要求，即：(1)(1)碰撞是否为一维碰撞。碰撞是否为一维碰撞。(2)(2)实验是否满足动量守恒的条件：如气垫导轨是否水平，实验是否满足动量守恒的条件：如气垫导轨是否水平， 两摆球是否等大，长木板实验是否平衡掉摩擦力。两摆球是否等大，长木板实验是否平衡掉摩擦力。2 2偶然误差偶然误差 主要来源于质量主要来源于质量m m和速度和速度v v的测量。的
9、测量。【例例1 1】在在“验证动量守恒定律验证动量守恒定律”的实验中，为了使的实验中，为了使实验得到较好的效果：实验得到较好的效果：(1)(1)在调整实验装置时，应注意调整轨道末端在调整实验装置时，应注意调整轨道末端_ _ _；这是为了这是为了_(2)(2)在做实验时，比较斜槽轨道上较低位置和较高位在做实验时，比较斜槽轨道上较低位置和较高位置，应选择置，应选择_释放小球，释放小球，理由是理由是: :基本实验过程切线沿水平方向切线沿水平方向保证入射小球和被碰小球在碰后都能做平抛运动保证入射小球和被碰小球在碰后都能做平抛运动较高位置较高位置 因为入射球在碰撞因为入射球在碰撞前可获得较大的速度，和被
10、碰球之间的前可获得较大的速度，和被碰球之间的相互作用时间可以缩短，增大它们之间相互作用时间可以缩短，增大它们之间的相互作用力，球所受的阻力可忽略不的相互作用力，球所受的阻力可忽略不计计THANK YOUSUCCESS2022-6-5可编辑(3)(3)如碰撞小球的半径为如碰撞小球的半径为r r1 1，质量为，质量为m m2 2，实验记录下小，实验记录下小球的落点为球的落点为M M、P P、N N，如图所示，则本实验验证动量，如图所示，则本实验验证动量守恒的根据是看守恒的根据是看_m m1 1OMOM+ +m m2 2ONON是否与是否与m m1 1OPOP相等相等 1 1对实验的要求不明确对实验
11、的要求不明确 2 2不能准确确定小球的起点与落点不能准确确定小球的起点与落点 3 3不理解实验原理导致对所需测量的物理不理解实验原理导致对所需测量的物理量不清楚量不清楚【例例2 2】某同学用图某同学用图626(626(甲甲) )所示装置通过半径相同的所示装置通过半径相同的A A、B B两两球的碰撞来验证动量守恒定律图中球的碰撞来验证动量守恒定律图中PQPQ是斜槽，是斜槽，QRQR为水平为水平槽实验时先使槽实验时先使A A球从斜槽上某一固定位置球从斜槽上某一固定位置G G由静止开始滚下，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落到位于水平地面的记录纸上，留下痕迹重复上述操
12、作1010次，次，得到得到1010个落点痕迹再把个落点痕迹再把B B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让让A A球仍从位置球仍从位置G G由静止开始滚下，和由静止开始滚下，和B B球碰撞后，球碰撞后，A A、B B球分别球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹重复这种操作在记录纸上留下各自的落点痕迹重复这种操作1010次图中次图中O O点是水平槽末端点是水平槽末端R R在记录纸上垂直投影点在记录纸上垂直投影点. .646365B B球落点痕迹如图球落点痕迹如图( (乙乙) )所示，其中米尺水平放置，且所示，其中米尺水平放置，且平行于平行于G G、R R、O O所在的平面
13、，米尺的零点与所在的平面，米尺的零点与O O点对齐点对齐图626646365(1)(1)碰撞后碰撞后B B球的水平射程应取为球的水平射程应取为_cm._cm.(2)(2)在以下选项中，哪些不是本次实验必须进行的测在以下选项中，哪些不是本次实验必须进行的测量？答量？答_(_(填选项号填选项号) )A A水平槽上未放水平槽上未放B B球时，测量球时，测量A A球落点位置到球落点位置到O O点的距点的距离；离；B BA A球与球与B B球碰撞后，测量球碰撞后，测量A A球落点位置到球落点位置到O O点的距离；点的距离；C C测量测量A A球与球与B B球的直径；球的直径；D D测量测量A A球和球和
14、B B球的质量球的质量( (或两球质量之比或两球质量之比) )；E E测量测量G G点相对于水平槽面的高度点相对于水平槽面的高度64.264.265.265.2ABDABD【例例3 3】某同学设计了一个用打点计时器验证动量守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，在小车恒定律的实验，在小车A A的前端黏有橡皮泥，设法使的前端黏有橡皮泥，设法使小车小车A A做匀速直线运动，然后与原来静止的小车做匀速直线运动，然后与原来静止的小车B B相碰相碰并黏在一起，继续做匀速运动，设计如图并黏在一起，继续做匀速运动，设计如图 ( (甲甲) )所示，所示，在小车在小车A A的后面连着纸带，电磁打点
15、计时器的频率为的后面连着纸带，电磁打点计时器的频率为50Hz50Hz，长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力，长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力题型验证动量守恒定律实验的迁移运用题型验证动量守恒定律实验的迁移运用 (1)(1)若已得到打点纸带如图若已得到打点纸带如图( (乙乙) )所示，并测所示，并测得各计数点间的距离在图上标出得各计数点间的距离在图上标出A A为运动起始的点，为运动起始的点，则应选则应选_段来计算段来计算A A碰前的速度，应选碰前的速度，应选_段来计算段来计算A A和和B B碰后的共同速度碰后的共同速度 (2)(2)已测得小车已测得小车A A的质量的质量m mA A=0.40kg=0
16、.40kg，小车，小车B B的的质量质量m mB B=0.20kg=0.20kg，则由以上结果可得碰前总动量，则由以上结果可得碰前总动量=_kgm/s=_kgm/s，碰后总动量，碰后总动量=_kgm/s.=_kgm/s.得到的结论是得到的结论是_( (计算结果保留计算结果保留三位有效数字三位有效数字) )【切入点切入点】通过纸带和文字叙述进行判断，速度大时通过纸带和文字叙述进行判断，速度大时点之间距离大要知道平均速度的求法点之间距离大要知道平均速度的求法【解析解析】 因为小车因为小车A A与与B B碰撞前、后都做匀速运动，碰撞前、后都做匀速运动，且碰后且碰后A A与与B B黏合在一起，其共同速
17、度比黏合在一起，其共同速度比A A原来的速度原来的速度小所以应选点迹分布均匀且点距较大的小所以应选点迹分布均匀且点距较大的BCBC段计算段计算A A的碰前速度，点间距小的的碰前速度，点间距小的DEDE段计算段计算A A和和B B碰后的共同速碰后的共同速度度2210.5 10m/s1.05m/s0.0256.95 10 0.695m/s0.025 0.401.05kg m/s0.420kg m/s 0.400.200.695kg mAAABAAABAAABvvvpm vpmmv 由图可知，碰前 的速度和碰后的共同速度分别为 故碰撞前后的总动量分别为： /s0.417kg m/s，在误差允许的范围
18、内系统动量守恒【思维拓展思维拓展】本题说明了另外一种验证动量守恒定律本题说明了另外一种验证动量守恒定律的例子，值得注意其方法，下题还列举了用摆球做实的例子，值得注意其方法，下题还列举了用摆球做实验验证动量守恒的实例对于相关的实验，在解析过验验证动量守恒的实例对于相关的实验，在解析过程中要从实验原理出发进行研究，不能对实验器材和程中要从实验原理出发进行研究，不能对实验器材和实验步骤进行死记硬背实验步骤进行死记硬背跟踪训练跟踪训练1 1用如图所示的装置验证动量守恒定律，用如图所示的装置验证动量守恒定律，质量为质量为m mA A的钢球的钢球A A用细线悬挂于用细线悬挂于O O点，质量为点，质量为m
19、mB B的钢球的钢球B B放在离地面高度为放在离地面高度为H H的水平面上，的水平面上，O O点到点到A A球球心的距球球心的距离为离为L L，使悬线在，使悬线在A A球释放前张直，且与竖直线的夹角球释放前张直，且与竖直线的夹角为为；A A释放后摆动到最低点时恰好与释放后摆动到最低点时恰好与B B球正碰，碰撞球正碰，碰撞后，后，A A球把轻质指示针球把轻质指示针OCOC推移到与竖直线夹角推移到与竖直线夹角处，处，B B球落到地面上，地面上铺一张盖有复写纸的白纸球落到地面上，地面上铺一张盖有复写纸的白纸D D. .保保持持角度不变，多角度不变，多次重复上述实验，白纸上记录次重复上述实验，白纸上记
20、录了多个了多个B B球的落点图球的落点图中中s s是是B B球平均落点到平台边球平均落点到平台边缘的水平距离缘的水平距离 1_ _ _ _ _()2_.ABABABppABpp 为了验证两球碰撞过程动量守恒，应测量 、_、等物理量 用字母表示 用测得的物理量表示碰撞前 球、 球的动量：，碰撞后 球、 球的动量：，LHsmAmB02(1 cos)AmgL2(1 cos)AmgL2Bgm sl 21.1(1 cos)2AAAABBABAABAAAm vm vm vmmvvvABm vm gLAL 要验证动量守恒定律需要测量的物理量有：两个小球的质量、，碰撞前后的速度 、对于小球 ，从某一固定位置摆动到最低点与小球 碰撞时的速度可以由机械能守恒定律算出，由此可以看出需要测出从悬点到小球 的球心间的距离 和摆线与竖直方向【析】的夹角解，221(1 cos)212.22(1 cos)02(1 cos).2AAABBAABAABBAm vm gLBHgtsv tgvssHHpmgLppgmgLpm sH 碰撞后，小球 继续摆动并推动轻杆，一起运动，碰后的速度也可以由机械能守恒定律算出，由计算式：可以看出，需要测出 ，对于小球 ，碰撞后做平抛运动，由平抛知识和得由此可以看出需要测量 、 根据上面求出，THANK YOUSUCCESS2022-6-5可编辑
