1、实验7验证动量守恒定律,-2-,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。,-3-,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
2、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= ,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,-4-,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。实验步骤1.测质量:用天平测出两小球的质量m1、m2。2.安装:把两个等大小球用等长悬线悬挂起来。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;测量碰撞后小球摆起的角度,算出碰撞后对应小球的速度
3、。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。,-5-,数据处理1.摆球速度的测量:v= ,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、撞针、橡皮泥、刻度尺。,-6-,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,
4、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= 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。,-7-,数据处理1.小车速度的测量:v= ,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。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。,-8-,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
5、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P就是小球落点的平均位置。,-9-,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 ,看在误差允许的范围内是否成立。7.结
6、束:整理好实验器材放回原处。,数据处理,-10-,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.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。,-11-,考点一,考点二,考点三,实验原理及操作例1如图所示,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。,-12-,考点一,考点二,考点三,(1)实验中,直接测
7、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hB.小球抛出点距地面的高度HC.小球做平抛运动的射程,-13-,考点一,考点二,考点三,(2)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、m2B.测量小球m1开始释放高度hC.测量抛出点距地面的高度HD.分别找到
8、m1、m2相碰后平均落地点的位置M、NE.测量平抛射程OM、ON,-14-,考点一,考点二,考点三,(3)若两球相碰前后的动量守恒,其表达式可表示为(用(2)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)。,答案,解析,-15-,考点一,考点二,考点三,例2(2016江苏徐州模拟)气垫导轨是常用的一种实验仪器,它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫,使滑块悬浮在导轨上,滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦。我们可以用带竖直挡板C、D的气垫导轨和滑块A、B探究碰撞中的不变量,实验装置如图所示(弹簧的长度忽略不计)。采用的实验步骤如下:a.用天平分别测出滑块A
9、、B的质量mA、mB;b.调整气垫导轨,使导轨处于水平;c.在A和B间放入一个被压缩的轻弹簧,用电动卡销锁定,静止放置在气垫导轨上;,-16-,考点一,考点二,考点三,d.用刻度尺测出A的左端至挡板C的距离l1;e.按下电钮放开卡销,同时分别记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作,当A、B滑块分别碰撞挡板C、D 时计时结束,记下A、B分别到达C、D的运动时间t1和t2。(1)实验中还应测量的物理量及其符号是。(2)作用前A、B两滑块质量与速度乘积之和为;作用后A、B两滑块质量与速度乘积之和为。(3)作用前、后A、B两滑块质量与速度乘积之和并不完全相等,产生误差的原因有(至少答出两点)。,-17
10、-,考点一,考点二,考点三,解析： A、B两滑块被压缩的弹簧弹开后,在气垫导轨上运动时可视为匀速运动,因此只要测出A与C的距离l1、B与D的距离l2及A到C、B到D的时间t1和t2,测出两滑块的质量,就可以探究碰撞中的不变量。(1)实验中还应测量的物理量为B的右端至挡板D的距离l2。,-18-,考点一,考点二,考点三,(3)产生误差的原因:l1、l2、t1、t2、mA、mB的数据测量误差;没有考虑弹簧推动滑块的加速过程;滑块并不是做标准的匀速直线运动,滑块与导轨间有少许摩擦力;气垫导轨不完全水平。答案： (1)B的右端至挡板D的距离l2,-19-,考点一,考点二,考点三,规律总结1.若利用斜槽
11、、小球碰撞应注意:(1)斜槽末端的切线必须水平。(2)入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放。(3)选质量较大的小球作为入射小球。(4)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。2.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。3.若利用摆球进行实验,两小球静止放置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。,-20-,考点一,考点二,考点三,数据处理和误差分析例3如图甲所示,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。,-21-,考点一,考点二,考点三,(1)经测定,m
12、1=45.0 g,m2=7.5 g,小球落地点的平均位置距O点的距离如图乙所示。碰撞前后m1的动量分别为p1与p1,则p1p1=11;若碰撞结束时m2的动量为p2,则p1p2=11。实验结果说明,碰撞前后总动量的比值 =。,-22-,考点一,考点二,考点三,(2)有同学认为,在上述实验中仅更换两个小球的材质,其他条件不变,可以使被碰小球做平抛运动的射程增大。请你用(1)中已知的数据,分析和计算出被碰小球m2平抛运动射程ON的最大值为 cm。,答案,解析,-23-,考点一,考点二,考点三,实验拓展与创新例4如图所示是用来验证动量守恒的实验装置,弹性球1用细线悬挂于O点,O点下方桌子的边缘有一竖直
13、立柱。实验时,调节悬点,使弹性球1静止时恰与立柱上的球2右端接触且两球等高。将球1拉到A点,并使之静止,同时把球2放在立柱上。释放球1,当它摆到悬点正下方时与球2发生对心碰撞,碰后球1向左最远可摆到B点,球2落到水平地面上的C点。测出有关数据即可验证1、2两球碰撞时动量守恒。现已测出A点离水平桌面的距离为a、B点离水平桌面的距离为b、C点与桌子边沿间的水平距离为c。,-24-,考点一,考点二,考点三,(1)还需要测量的量是、和。(2)根据测量的数据,该实验中动量守恒的表达式为。(忽略小球的大小),答案,解析,-25-,考点一,考点二,考点三,例5在验证动量守恒定律的实验中,某同学用如图所示的装置进行如下的实验操作:,先将斜槽轨道的末端调整水平,在一块平木板表面钉上白纸和复写纸,并将该木板竖直立于槽口处。使小球a从斜槽上紧靠挡板处由静止释放,小球撞到木板并在白纸上留下痕迹O;将木板向远离槽口平移一段距离,再使小球a从斜槽上紧靠挡板处由静止释放,小球撞到木板上得到痕迹B;,-26-,考点一,考点二,考点三,然后把半径相同的小球b静止放在斜槽水平末端,小球a仍从原来挡板处由静止释放,与小球b相碰后,两球撞在木板上得到痕迹A和C;用天平测量a、b的质量分别为ma、mb,用刻度尺测量纸上O点到A、B、C三点的竖直距离分别为y
