1、【 精品教育资源文库 】 实验七 验证动量守恒定律 (对应学生用书第 111 页 ) 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、实验方案、器材、步骤及数据处理 实验方案 1.利用气垫导轨完成一维碰撞实验 实验器材 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 图实 71 实验步骤 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
2、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 数据处理 1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 2验证的表达式： m1v1 m2v2 m1v1 m2v2 实验方案 2.利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实 验 实验器材 带细线的摆球 (两套 )、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等 【 精品教育资源文库 】 实验步骤 1测质量：用天平测出两小球的质量 m1、 m2. 2安装：把两个
3、等大小球用等长悬线悬挂起来 图实 72 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 数据处理 1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 ) 2验证的表达式： m1v1 m2v2 m1v1 m2v2 实验方案 3.在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验 实验器材 光滑长木板、打点计时器、纸带、小车 (两个 )、天平、撞
4、针、橡皮泥、刻度尺 图实 73 实验步骤 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，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 【 精品教育资源文库 】 数据处理 1小车速度的测量 v x t，式中 x 是纸带上两计数点间的距离，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
5、2验证的表达式 m1v1 m2v2 m1v1 m2v2 实验方案 4.利用斜槽上滚下的小球验证动量守 恒定律 实验器材 斜槽、小球 (两个 )、天平、复写纸、白纸、刻度尺、圆规等 图实 74 实验步骤 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：如图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落点圈在里面圆心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
6、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.如图实 75 所示 图实 75 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 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 数据处理 验证的表达式： m1 OP m1 OM m2 ON 【 精品教育资源文库 】 四、注意事项 1前提条件：碰撞的两物体应保证 “ 水平 ” 和 “ 正碰 ” 2探究 结论：寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不变 五、误差分析 1
7、系统误差：主要来源于装置本身是否符合要求 (1)碰撞是否为一维 (2)实验是否满足动量守恒的条件，如气垫导轨是否水平，两球是否等大，用长木板实验时是否平衡掉摩擦力 2偶然误差：主要来源于质量 m 和速度 v 的测量 . (对应学生用书第 112 页 ) 考点一 | 实验原理与操作 如图实 76，用 “ 碰撞实验器 ” 可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系 图实 76 (1)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 (2
8、)图中 O 点是小球抛出点在地面上的垂直投影，实验时先让入射球 m1多次从斜轨上 S 位置静止释放，找到其平均落地点的位置 P，测量平抛射程 OP，然后，把被碰小球 m2静置于轨道的水平部分，再将入射球 m1从斜轨上 S 位置静止释放，与小球 m2相碰，并多次重复 接下来要完成的必要步骤是 _ (填选项前的符号 ) A用天平测量两个小球的质量 m1、 m2 【 精品教育资源文库 】 B测量小球 m1开始释放高度 h C测量抛出点距地面的高度 H D分别找到 m1、 m2相碰后平均落地点的位置 M、 N E测量平抛射程 OM、 ON (3)若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为 _用 (2
9、)中测量的量表示 ； 若碰撞是弹性碰撞，那么还应满足的表达式为 _用 (2)中测量的量表示 解析 (1)小球碰前和碰后的速度都用平抛运动来测定，即 vxt.而由 H12gt2知，每次竖直高度相等，平抛时间相等 即 m1OPt m1OMt m2ONt ；则可得 m1 OP m1 OMm2 ON.故只需测量射程，因而选 C. (2)由表达式知：在 OP 已知时，需测量 m1、 m2、 OM 和 ON，故必要步骤 A、 D、 E. (3)若为弹性碰撞，同时还满足机械能守恒 12m1?OPt 212m1?OMt 212m2?ONt 2 m1 OP2 m1 OM2 m2 ON2. 答案 (1)C (2)
10、ADE (3)m1 OM m2 ON m1 OP m1 OM2 m2 ON2 m1 OP2 某同学用如图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 (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
11、上 O 点到 A、 B、 C 各点的距离 OA 、 OB 、 OC 【 精品教育资源文库 】 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 (mamb)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 解析 (1)B 点是不发生碰撞时 a 球的落地点， A 点是发生碰撞后 a 球的落地点， C点是碰后 b 球的落地点设小球 a 运动到轨道末端时的速度大小为 vB，与球 b 发生碰撞后的瞬时速度
12、大小为 vA，碰后 b 球的速度大小为 vC，本实验就是要验证关系式mavB mavA mbvC 是否成立因为小球做平抛运动 的高度相同，下落时间相同，它们在水平方向上位移与水平方向上的速度成正比，所以本实验也可以验证 ma OB ma OA mb OC 是否成立， B、 E 正确 (2)两球碰撞后， a 球在水平方向上的分速度较小，下落时间相同时，落地时的水平位移也较小，所以小球 a、 b 的落地点依次是图中水平面上的 A 点和 C 点 (3)根据 (1)的分析，判断两球碰撞过程中的动量是否守恒的依据是看 ma OB 和ma OA mb OC 在误差允许范围内是否相等 答案 (1)BE (2
13、)A C (3)ma OB ma OA mb OC 考点二 | 数据处理与误差分析 现利用图实 77(a)所示的装置验证动量守恒定律在图 (a)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 B 的质量 m2 0.108 kg，遮光片的宽度 d 1.00 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 (b)所示 (a) 【 精品教育资源文库 】 (b) 图实 77 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 . 【导学号： 84370266】 解析 按定义，滑块运动的瞬时速度大小 v 为 v
