1、动量（选考）实验：验证动量守恒定律第十四章第1页，共21页。2一、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、实验原理如图如图14-3-1所示，质量分别为所示，质量分别为m1和和m2的的A、B两个小球发生正碰，若碰前两个小球发生正碰，若碰前m1入射、入射、m2静止，碰撞后两个小球从静止，碰撞后两个小球从水平轨道水平飞出做平抛运动且下落高水平轨道水平飞出做平抛运动且下落高度相同，则飞行时间相等度相同，则飞行时间相等.第2页，共21页。若用飞行时间作为单位时间，则小若用飞行时间作为单位时间，则小球水平速度在数值上等于小球平抛运动球水平速度在数值上等于小球平抛运动的
2、水平位移，测出小球的质量的水平位移，测出小球的质量m1、m2，两球碰撞前后水平运动位移两球碰撞前后水平运动位移s1、s1、s2，若若m1s1=m1s1+m2s2成立，则可验证动量成立，则可验证动量守恒定律守恒定律.图14-3-1第3页，共21页。三、实验器材三、实验器材斜槽、两个大小相等质量不等的小球、斜槽、两个大小相等质量不等的小球、重垂线、白纸、复写纸、天平、刻度尺、重垂线、白纸、复写纸、天平、刻度尺、圆规圆规.四、实验步骤四、实验步骤1.用天平称量两个小球质量用天平称量两个小球质量m1、m2；第4页，共21页。2.将斜槽固定在桌边，使斜槽末端切线将斜槽固定在桌边，使斜槽末端切线水平，使小
3、球在轨道水平部分任意位置均水平，使小球在轨道水平部分任意位置均能静止能静止;特别提示特别提示1：该方法是一种判断斜槽末：该方法是一种判断斜槽末端切线是否水平的简便方法端切线是否水平的简便方法.3.在水平地面上铺放白纸，白纸上铺放在水平地面上铺放白纸，白纸上铺放复写纸，用胶带固定；复写纸，用胶带固定；4.在白纸上记下重垂线锤尖所指的位置在白纸上记下重垂线锤尖所指的位置O,即为小球平抛运动水平位移的起始点；即为小球平抛运动水平位移的起始点；第5页，共21页。5.先不放被碰小球，取质量较大的先不放被碰小球，取质量较大的m1小球从斜槽上某一固定高度处由静止小球从斜槽上某一固定高度处由静止开始滚下，重复
4、实验十次，用圆规画尽开始滚下，重复实验十次，用圆规画尽可能小的圆把所有小球落点圈在圆内，可能小的圆把所有小球落点圈在圆内，圆心就是入射小球不发生碰撞情况下的圆心就是入射小球不发生碰撞情况下的平均落地点平均落地点P;特别提示特别提示2：此步骤中的利用圆规：此步骤中的利用圆规确定小球平均落地点的方法在很多实验确定小球平均落地点的方法在很多实验中可迁移应用中可迁移应用.若有个别落点偏离圆圈若有个别落点偏离圆圈过远，则说明该落点误差较大，应将该过远，则说明该落点误差较大，应将该点予以剔除点予以剔除.第6页，共21页。6.把被碰小球放在斜槽末端，让入把被碰小球放在斜槽末端，让入射小球从原来固定高度处由静
5、止开始滚射小球从原来固定高度处由静止开始滚下，使它们发生正碰，重复此操作下，使它们发生正碰，重复此操作10次，次，用同样方法确定入射小球平均落点位置用同样方法确定入射小球平均落点位置M和被碰小球平均落点位置和被碰小球平均落点位置N;7.用刻度尺量出线段长度用刻度尺量出线段长度 、.和；和；8.将各测量值代入将各测量值代入p=m1 ，p=m1 +m2 ，看碰前、碰后系统总动量是，看碰前、碰后系统总动量是否相等否相等,得出结论得出结论.OPOMONOPOMON第7页，共21页。确定小球碰撞前后三个确定小球碰撞前后三个落点的位置落点的位置 某同学用如图某同学用如图14-3-2所示的装置所示的装置通过
6、半径相同的通过半径相同的A、B两球的碰撞来验两球的碰撞来验证动量守恒定律证动量守恒定律.图中图中PQ是斜槽，是斜槽，QR为为水平槽，水平槽，O点是水平槽的末端点是水平槽的末端R在记录在记录纸上的竖直投影点纸上的竖直投影点.实验时先使实验时先使A球从斜球从斜槽上某一固定位置槽上某一固定位置G由静止释放，落到由静止释放，落到铺在水平地面上的记录纸上，留下痕迹铺在水平地面上的记录纸上，留下痕迹.第8页，共21页。重复上述操作重复上述操作10次，得到次，得到10个落点个落点痕迹，设该情况下痕迹，设该情况下A落地点记为号位落地点记为号位置置.再把再把B球放在水平槽上靠近槽末端的球放在水平槽上靠近槽末端的
7、地方，让地方，让A球仍从位置球仍从位置G由静止开始滚由静止开始滚下，和下，和B球碰撞后，球碰撞后，A、B球分别在记录球分别在记录纸上留下各自落点痕迹，同样重复纸上留下各自落点痕迹，同样重复10次，次，设此情况下设此情况下A、B落地点分别记为号、落地点分别记为号、号位置号位置.其中米尺水平放置，且平行其中米尺水平放置，且平行于于G、R、O所在的平面，米尺的零点与所在的平面，米尺的零点与O点对齐点对齐.则则第9页，共21页。图14-3-2第10页，共21页。(1)以上记录的号、号、号位置以上记录的号、号、号位置分别在分别在、.(选填选填“甲甲”、“乙乙”、“丙丙”)(2)若球在甲、乙、丙处落地痕迹
8、如图若球在甲、乙、丙处落地痕迹如图14-3-3(甲甲)、(乙乙)、(丙丙)所示，则未碰撞的所示，则未碰撞的A球落下水平射程应为球落下水平射程应为 cm,发生碰撞的发生碰撞的A、B球水平射程应分别为球水平射程应分别为cm、cm.图14-3-3第11页，共21页。(1)设入射小球不发生碰撞情况设入射小球不发生碰撞情况下飞出速度为下飞出速度为v0，入射小球在发生碰撞，入射小球在发生碰撞情况下飞出速度为情况下飞出速度为v1，被碰小球飞出速，被碰小球飞出速度为度为v2，由于，由于v1v0v2,三种情况下小球三种情况下小球平抛飞行时间相等，得小球平抛运动的平抛飞行时间相等，得小球平抛运动的水平位移大小关系
9、为水平位移大小关系为v1tv0tv2t.因此甲因此甲位置为入射球在发生碰撞情况下在水平位置为入射球在发生碰撞情况下在水平地面上的落地点，乙为入射球在不发生地面上的落地点，乙为入射球在不发生碰撞情况下在水平地面上的落地点，丙碰撞情况下在水平地面上的落地点，丙为被碰球在发生碰撞情况下在水平地面为被碰球在发生碰撞情况下在水平地面上的落地点上的落地点.答案：乙、甲、丙答案：乙、甲、丙.第12页，共21页。(2)用圆规画尽可能小的圆把所有小用圆规画尽可能小的圆把所有小球落点圈在圆内，圆心即为平均落地点球落点圈在圆内，圆心即为平均落地点.未 碰 撞 的未 碰 撞 的 A 球 落 下 水 平 射 程 应 为
10、球 落 下 水 平 射 程 应 为45.6cm(45.046.2cm范围内范围内),发生碰撞发生碰撞的的 A、B 球 水 平 射 程 应 分 别 为球 水 平 射 程 应 分 别 为17.2cm(17.018.0cm范围内范围内)和和64.7cm(64.265.2cm范围内范围内).第13页，共21页。变式训练1：在做验证动量守恒定律实验中：(1)某次实验测得小球的落点情况如图1434所示，假设碰撞过程动量守恒，则入射小球的质量m1和被碰小球的质量m2之比m1 m2=_ (2)在实验中，根据小球的落地情况，若等式=_成立，则可证明碰撞中系统的动量守恒图14-3-4第14页，共21页。解析：(1
11、)若动量守恒，有m1 =m1 +m2 即m125.5=m115.5+m240.0 解得m1m2=41 (2)由m1 =m1 +m2 得 =OPOMON12m(OP-OM)mOPOMONON第15页，共21页。误差分析误差分析在在“验证动量守恒定律验证动量守恒定律”的的实验中，入射小球在斜槽上释放点实验中，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的高低对实验影响的说法中正确的是是()A.释放点越低，小球所受阻力越释放点越低，小球所受阻力越小，入射小球速度越小，误差越小小，入射小球速度越小，误差越小第16页，共21页。B.释放点越低，两球碰后水平位释放点越低，两球碰后水平位移越小，水平
12、位移测量的相对误差越移越小，水平位移测量的相对误差越小小C.释放点越高，两球碰后水平位释放点越高，两球碰后水平位移越大，水平位移测量的相对误差越移越大，水平位移测量的相对误差越小小D.释放点越高，入射小球对被碰释放点越高，入射小球对被碰小球的作用力越大，斜槽对被碰小球小球的作用力越大，斜槽对被碰小球阻力越小阻力越小第17页，共21页。入射小球释放点越高，两球入射小球释放点越高，两球相碰时速度越大，相互作用力越大，外相碰时速度越大，相互作用力越大，外力的冲量相对越小，碰撞前后的水平位力的冲量相对越小，碰撞前后的水平位移越大，测量水平位移的相对误差越小，移越大，测量水平位移的相对误差越小，又斜槽对
13、被碰小球的阻力与碰撞的作用又斜槽对被碰小球的阻力与碰撞的作用力无关，故力无关，故A、B、D均错误，只有均错误，只有C项项正确正确.第18页，共21页。变式训练变式训练2：在在“验证动量守恒定律验证动量守恒定律”实验中，实验中，下列关于小球落点的说法，正确的是下列关于小球落点的说法，正确的是()如果小球每次从同一点无初速度释放，如果小球每次从同一点无初速度释放，重复几次的落点一定是重合的重复几次的落点一定是重合的由于偶然因素的存在，重复操作时小球落点由于偶然因素的存在，重复操作时小球落点不重合是正常的，但落点应当比较密集不重合是正常的，但落点应当比较密集第19页，共21页。测定测定P的位置时，如
14、果重复的位置时，如果重复10次的落点分次的落点分别是别是P1、P2、P3、P10,则则OP应取应取OP1、OP2、OP3、OP10的的平均值，即平均值，即OP=用半径尽可能小的圆把用半径尽可能小的圆把P1、P2、P3、P10圈住，这个圆的圆心就是入射小球落点的平均位置圈住，这个圆的圆心就是入射小球落点的平均位置P A.B.C.D.1231010OPOPOPOP第20页，共21页。解析：虽然小球每次从同一点无初速度释放，但是由于在操作过程中的偶然因素的影响，不会每次都落到同一个点上，否则就没有必要重复10次了因此，是错误的，是正确的在实验中寻求落点，是利用半径尽可能小的圆把10个点圈住，这个圆的圆心就是入射小球落点的平均位置P.因此，是错误的，是正确的答案为D.第21页，共21页。
