驗證動量守恒定律的幾種方案

1、驗證動量守恒定律的幾種方案、實驗原理 在一維碰撞中，測出物體的質(zhì)量 m 和碰撞 前后物體的速度v、v '，找出碰撞前的動 量p= mivi + m2V2及碰撞后的動量 p'= mivi'+ m2V2，看碰撞前后動量是否守 恒、具體方案方案一 ：利用氣墊導(dǎo)軌完成一維碰撞實驗(1) 測質(zhì)量：用天平測出滑塊質(zhì)量(2) 安裝：正確安裝好氣墊導(dǎo)軌(3) 實驗：接通電源，利用配套的光電計時裝 置測出兩滑塊各種情況下 (改變滑塊的質(zhì) 量改變滑塊的初速度大小和方向 )碰撞前 后的速度(4) 驗證：一維碰撞中的動量守恒.例：氣墊導(dǎo)軌是常用的一種實驗儀器，它是利用 氣泵使帶孔的導(dǎo)軌與滑塊之

2、間形成氣墊，使滑 塊懸浮在導(dǎo)軌上，滑塊在導(dǎo)軌上的運動可視為 沒有摩擦我們可以用帶豎直擋板 C和D的氣 墊導(dǎo)軌和滑塊A和B驗證動量守恒定律，實驗 裝置如圖所示，采用的實驗步驟如下：CDa. 用天平分別測出滑塊 A、B的質(zhì)量mA、mB；b. 調(diào)整氣墊導(dǎo)軌，使導(dǎo)軌處于水平；c. 在A和B間放入一個被壓縮的輕彈簧，用電 動卡銷鎖定，靜止放置在氣墊導(dǎo)軌上；d. 用刻度尺測出A的左端至C板的距離Li;e. 按下電鈕放開卡銷，同時分別記錄滑塊A、B 運動時間的計時器開始工作，當(dāng)A、B滑塊分別 碰撞C、D擋板時計時結(jié)束，記下A、B分別到 達(dá)C、D的運動時間ti和t2.（1）實驗中還應(yīng)測量的物理量及其符號是（2

3、）利用上述測量的實驗數(shù)據(jù)，驗證動量守恒定律的表達(dá)式是 ,上式中算得的A、B兩滑塊的動量大小并不完全相等，產(chǎn) 生誤差的原因有 （至少答出兩點）.答案A、B兩滑塊被壓縮的彈簧彈開后，在 氣墊導(dǎo)軌上運動時可視為勻速運動，因此只 要測出A與C的距離Li,B與D的距離L2 及A到C,B到D的時間ti和t2.測出兩滑塊 的質(zhì)量,就可以用mA=mB魚驗證動量是否守tit2恒.（ 1）實驗中還應(yīng)測量的物理量為 B與D 的距離,符號為L2.（2）驗證動量守恒定律的表達(dá)式是 mAR=mB“,產(chǎn)生誤差的原因：Li、L2、mA、tit2mB的數(shù)據(jù)測量誤差.沒有考慮彈簧推動滑塊 的加速過程.滑塊并不是標(biāo)準(zhǔn)的勻速直線運動

4、,滑塊與導(dǎo)軌間有少許摩擦力方案二 ：利用等長懸線懸掛等大小球完成一 維碰撞實驗(1) 測質(zhì)量：用天平測出兩小球的質(zhì)量 m1、 m2.(2) 安裝：把兩個等大小球用等長懸線懸掛起 來(3) 實驗：一個小球靜止，拉起另一個小球， 放下時它們相碰(4) 測速度：可以測量小球被拉起的角度，從 而算出碰撞前對應(yīng)小球的速度， 測量碰撞后 小球擺起的角度，算出碰撞后對應(yīng)小球的速 度(5) 改變條件：改變碰撞條件，重復(fù)實驗(6) 驗證：一維碰撞中的動量守恒例：用如圖所示裝置來驗證動量守恒定律，0點，當(dāng)細(xì)線被拉直時0點到球質(zhì)量為mB的鋼球B放在小支柱N 上，球心離地面高度為H ;質(zhì)量 為mA的鋼球A用細(xì)線拴好懸

5、掛于心的距離為L，且細(xì)線與豎直線之間夾角；球A由靜止釋放，擺到最低點時恰與球 B發(fā)生正 碰，碰撞后，A球把輕質(zhì)指示針C推移到與豎 直夾角為 處，B球落到地面上，地面上鋪有一 張蓋有復(fù)寫紙的白紙D,用來記錄球B的落點.(1)用圖中所示各個物理量的符號表示碰撞 前后兩球A、B的動量(設(shè)兩球A B碰前的動 量分別為Pa、Pb ；碰后動量分別為Pa、Pb )，則Pa =Pa =Pb=Pb =o(2)請你提供兩條提高實驗精度的建 議：o方案三:在光滑桌面上兩車碰撞完成一維碰 撞實驗(1)測質(zhì)量：用天平測出兩小車的質(zhì)量.(2)安裝：將打點計時器固定在光滑長木板的一端，把紙帶穿過打點計時器，連在小車 的后面

6、，在兩小車的碰撞端分別裝上撞針和 橡皮泥.實驗：接通電源，讓小車 A運動，小車 B靜止，兩車碰撞時撞針插入橡皮泥中， 把 兩小車連接成一體運動.(4) 測速度：通過紙帶上兩計數(shù)點間的距離及時間由v =菁算出速度.(5) 改變條件：改變碰撞條件，重復(fù)實驗.(6) 驗證：一維碰撞中的動量守恒.例：某同學(xué)設(shè)計了一個用電磁打點計時器驗證 動量守恒定律的實驗：在小車A的前端粘有橡 皮泥，推動小車A使之做勻速運動，然后與原來 靜止在前方的小車B相碰并粘合成一體，繼續(xù) 做勻速運動他設(shè)計的裝置如圖（a）所示在小 車A后連著紙帶，電磁打點計時器所用電源頻 率為50 Hz,長木板下墊著小木片以平衡摩擦 力.嚴(yán)“斤

7、fr1（1）若已測得打點紙帶如圖（b）所示并測得各計數(shù)點間距（已標(biāo)在圖示上）A為運動的 起點,則應(yīng)選段來計算A碰前的速度.應(yīng)選段來計算A和B碰后的共同速度（以上兩空選填“AB'或“ BC或“ CD 或 “ DG .（2）已測得小車A的質(zhì)量mi=0.4 kg,小車B 的質(zhì)量為m2=0.2 kg,則碰前兩小車的總動量為 kg m/s,碰后兩小車的總動量為 kg m/s.答案 （1） BC DE（2） 0.420 0.4仃方法四 ：利用斜槽上滾下的小球驗證動量守 恒定律(1)用天平測出兩小球的質(zhì)量，并選定質(zhì)量 大的小球為入射小球圖1(2)按照圖 1 所示安裝實驗裝置調(diào)整、固 定斜槽使斜槽底端

8、水平(3) 白紙在下，復(fù)寫紙在上且在適當(dāng)位置鋪放好記下重垂線所指的位置 O.(4) 不放被撞小球，讓入射小球從斜槽上某固定高度處自由滾下，重復(fù)10次.用圓規(guī)畫盡量小的圓把小球所有的 落點都圈在里面圓心P就是小球落點的 平均位置.(5) 把被撞小球放在斜槽末端，讓入射小球從斜槽同一圖2高度自由滾下，使它們發(fā)生碰撞，重復(fù)實 驗10次.用步驟(4)的方法，標(biāo)出碰后入射小球落點的平 均位置M和被撞小球落點的平均位置N.如圖2所示.(6) 連接ON，測量線段OP、OM、ON的 長度將測量數(shù)據(jù)填入表中最后代入mi OP = mi OM + m2 ON，看在誤差允許 的范圍內(nèi)是否成立.(7) 整理好實驗器材

9、放回原處(8) 實驗結(jié)論：在實驗誤差范圍內(nèi)，碰撞系 統(tǒng)的動量守恒例(2011北京理綜21(2)如圖4,用“碰撞實驗 器”可以驗證動量守恒定律，即研究兩個小 球在軌道水平部分碰撞前后的動量關(guān)系圖4 實驗中，直接測定小球碰撞前后的速度是不 容 易 的 , 但 是 , 可 以 通 過 僅 測 量(填選項前的符號 )，間接地解決這個問題A 小球開始釋放高度 hB .小球拋出點距地面的高度HC小球做平拋運動的射程 圖中0點是小球拋出點在地面上的垂直投 影.實驗時，先讓入射球 m1 多次從斜軌上 S 位置靜止釋放， 找到其平均落地點的位置 P， 測量平拋射程0P.然后，把被碰小球m2靜置 于軌道的水平部分

10、，再將入射球mi從斜軌上 S位置靜止釋放，與小球m2相碰，并多次重 復(fù).接下來要完成的必要步驟是 . （填選項前的符號 ）A.用天平測量兩個小球的質(zhì)量 mi、m2B .測量小球mi開始釋放的高度hC .測量拋出點距地面的高度HD.分別找到mi、m2相碰后平均落地點的位M、E.測量平拋射程0M、ON 若兩球相碰前后的動量守恒，其表達(dá)式可表示為 （用中測量的量表示 ）；若碰撞是彈性碰撞，那么還應(yīng)滿足的表達(dá)式為 （用中測量的量表示 ） 經(jīng)測定，mi= 45.0 g, m2= 7.5 g,小球落地點的平均位置距 O 點的距離如圖 5 所 示.碰撞前、后mi的動量分別為pi與pi', 則pi : pi '=: ii;若碰撞結(jié)束時m2的動量為P2 ,貝U pi'： P2 = ii :.圖5實驗結(jié)果說明，碰撞前、后總動量的比值為.P1+ P2有同學(xué)認(rèn)為，在上述實驗中僅更換兩個小 球的材質(zhì)，其他條件不變，可以使被碰小球 做平拋運動的射程增大，請你用中已知的 數(shù)據(jù)，分析和計算出被碰小球 m2平拋運動射 程ON的最大值為cm.三、注意事項1前提條件：碰撞的兩物體應(yīng)保證“水平”和“正碰”2方案提醒(1) 若利用氣墊導(dǎo)軌進行實驗，調(diào)整氣墊導(dǎo) 軌時，注意利用水平儀確保導(dǎo)軌水平(2) 若利用擺球進行實驗，兩小