1、【 精品教育资源文库 】 实验 07 验证动量守恒定律 (对应学生用书 P117) 一 、 实验目的 验证动量守恒定律 二 、 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 三 、 实验器材 方案一：气垫导轨 、 光电计时器 、 天平 、 滑块 (两个 )、 重物 、 弹簧片 、 细绳 、 弹性碰撞架 、 胶布 、 撞针 、 橡皮泥等 方案二：带细线的摆球 (两套 )、 铁架台 、 天平 、 量角器 、 坐标纸 、 胶布等 方案三：光滑长木板 、
2、打点计时器 、 纸带 、 小车 (两 个 )、 天平 、 撞针 、 橡皮泥 方案四：斜槽 、 小球 (两个 )、 天平 、 复写纸 、 白纸等 四 、 实验步骤 方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验 (如图所示 ) 1 测质量：用天平测出滑块质量 2 安装：正确安装好气垫导轨 3 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 (改变滑块的质量 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：利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验 (如图所示 ) 1 测质量：用天平测出两小球的质量 m1、 m2. 2 安装：把两个等大 小球用等长悬线悬挂
3、起来 3 实验：一个小球静止 ， 拉起另一个小球 ， 放下时它们相碰 4 测速度：可以测量小球被拉起的角度 ， 从而算出碰撞前对应小球的速度 ， 测量碰撞【 精品教育资源文库 】 后小球摆起的角度 ， 算出碰撞后对应小球的速度 5 改变条件：改变碰撞条件 ， 重复实验 6 验证：一维碰撞中的动量守恒 方案三：在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验 (如图所示 ) 1 测质量：用天平测出两小车的质量 2 安装：将打点计时器固定在光滑长木板的一端 ， 把纸带穿过打点计时器 ， 连在小车的后面 ， 在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥 3 实验 ：接通电源 ， 让小车 A 运动 ， 小车 B 静止
4、， 两车碰撞时撞针插入橡皮泥中 ， 把两小车连接成一体运动 4 测速度：通过纸带上两计数点间的距离及时间由 v x t算出速度 5 改变条件：改变碰撞条件 ， 重复实验 6 验证：一维碰撞中的动量守恒 方案四：利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律 (如图所示 ) 1 测质量：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 安装：按照图中所示安装实验装置调整固定斜槽使斜槽底端水平 3 铺纸：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 放球找点：不放被撞小球 ， 每次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所有的小球
5、落点圈在里面圆心 P 就是小球落点的平均位置 5 碰撞找点：把被撞小球放在斜槽末端 ， 每次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.如图所示 6 验证：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 m1 OP【 精品教育资源文库 】 m1 OM m2 ON， 看在误差允许的范围内 是否成立 7 结束：整理好实验器材放回原处 某同学用如图 1 所示装置通过半径相同的 A、 B 两球 (mA mB)的碰撞来验证动量守恒定律图中 PQ 是斜槽
6、， QR 为水平槽实验时先使 A 球从斜槽上某一固定位置 G 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 10 次 ， 得到 10 个落点痕迹再把 B 球放在水平槽上靠近槽末端的地方 ， 让 A 球仍从位置 G 由静止开始滚下 ， 和 B球碰撞后 ， A、 B 球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹 ， 重复这种操作 10 次图 1 中 O点是水平槽末端 R 在记录纸上的垂直投影点 B 球落点痕迹如图 2 所示 ， 其中米尺水平放置 ，且平行于 G、 R、 O 所在的平面 ， 米尺的零点与 O 点对齐 图 1 图 2 (1)碰撞后 B 球的水平射程应取 _ cm. (
7、2)在以下选项中 ， 本次实验必须进行测量的有 _(填选项号 ) A 水平槽上未放 B 球时 ， 测量 A 球落点位置到 O 点的距离 B A 球与 B 球碰撞后 ， 测量 A 球及 B 球落点位置到 O 点的距离 C 测量 A 球或 B 球的直径 D 测量 A 球和 B 球的质量 (或两球质量之比 ) E 测量水平槽面相对于 O 点的高度 (3)实验中 ， 关于入射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
8、 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 解析： (1)用一尽可能小的圆把小球落点圈在里面 ， 可知圆心的位置是 65.7 cm， 这也是小球落点的平均位置 【 精品教育资源文库 】 (2)本实验中要测量的数据有：两个小球的质量 m1、 m2， 三个落点 到 O 点的距离 x1、 x2、x3， 所以应选 A、 B、 D (3)入射球的释放点越高 ， 入射球碰前速度越大 ， 相碰时内力越大 ， 阻力的影响相对越小 ， 可以较好的满足动量守恒的条件 ， 也有利
9、于减小测量水平位移时的相对误差 ， 从而使实验的误差减小 ， 选项 C 正确 答案： (1)65.7(65.5 65.9 均可 ) (2)ABD (3)C (对应学生用书 P118) 一 、 数据处理 1 速度的测量 方案一：滑块速度的测量： v x t， 式中 x 为滑块挡光片的宽度 (仪器说明书上给出 ，也可直接测量 )， t 为数字计时器显示的 滑块 (挡光片 )经过光电门的时间 方案二：摆球速度的测量： v 2gh， 式中 h 为小球释放时 (或碰撞后摆起的 )高度 ， h可用刻度尺测量 (也可由量角器和摆长计算出 ) 方案三：小车速度的测量： v x t， 式中 x 是纸带上两计数点
10、间的距离 ， 可用刻度尺测量 ， t 为小车经过 x 的时间 ， 可由打点间隔算出 2 验证的表达式 方案一 、 二 、 三： m1v1 m2v2 m1v1 m2v2. 方案四： m1 OP m1 OM m2 ON 二 、 注意事项 1 前提条件 碰撞的两物体应保证 “ 水平 ” 和 “ 正碰 ” 2 方案提醒 (1)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 (2)若利用摆球进行实验 ， 两小球静放时球心应在同一水平线上 ， 且刚好接触 ， 摆线竖直 ， 将小球拉起后 ， 两条摆线应在同一竖直面内 (3)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
11、摩擦力 (4)若利用斜槽小球碰撞应注意： 斜槽末端的切线必须水平； 【 精品教育资源文库 】 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； 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 (2014 全国新课标 )现利用如图所示的装置验证动量守恒定律在图中 ， 气垫导轨上有 A、 B 两个滑块 ， 滑块 A 右侧带有一弹簧片 ， 左侧与打点计时器 (图中未画出 )的纸带相连；滑块 B 左侧也带有一弹簧片 ， 上面固定一遮光片 ， 光电计时器 (未完全画出 )可以记录遮光片通过光电门的时间 实验测得滑块 A 的质量 m1 0.310 kg， 滑块
12、 B 的质量 m2 0.108 kg， 遮光片的宽度 d1.00 cm；打点计时器所用交流电的频率 f 50.0 Hz. 将光电门固定在滑块 B 的右侧 ， 启动打点计时器 ， 给滑块 A 一向右的初速度 ， 使它与 B相碰碰后光电 计时器显示的时间为 tB 3.500 ms， 碰撞前后打出的纸带如图所示 若实验允许的相对误差绝对值 (|碰撞前后总动量之差 碰前总动量 |100%) 最大为 5%， 本实验是否在误差范围内验证了动量守恒定律？写出运算过程 解析： 按定义 ， 物体运动的瞬时速度大小为 v： v s t 式中 s 为物块在很短时间 t 内走过的路程 ， 设纸带上打出相邻两点的时间间
13、隔为 tA， 则 tA 1f 0.02 s tA 可视为很短 ， 设在 A 碰撞前后瞬时速度大小分 别为 v0、 v1， 将 式和图给实验数据代入 式可得： v0 4.0010 20.02 m/s 2.00 m/s v1 1.9410 20.02 m/s 0.970 m/s 设 B 在碰撞后的速度大小为 v2， 由 式有 v2 d tB 【 精品教育资源文库 】 代入题所给的数据可得： v2 2.86 m/s 设两滑块在碰撞前后的动量分别为 p 和 p ， 则 p m1v0 p m1v1 m2v2 两滑块在碰撞前后总动量相对误差的绝对值为 |p pp |100% 联立 式并代入有关数据 ， 可得： 1.7% 5% 因此 ， 本实验在允许的误差范围内验证了动量守恒定律 答案： 见解析
