1、实验十四 验证动量守恒定律,一、设计实验 【实验目的】 验证一维碰撞中的动量守恒,【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pm1v1m2v2及碰撞后的动量pm1v1m2v2，看碰撞前后动量是否守恒,【实验器材】 方案一：气垫导轨，滑块，天平，弹性圈，粘扣，挡光片，光电门，物理实验微机辅助教学系统 方案二：重垂线一条，大小相等、质量不同的小球两个，斜槽，白纸，复写 纸，刻度尺，天平一台，圆规一个,【实验步骤】 方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验 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(如图1221所示),图1221,3实验：接通
2、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：利用斜槽完成一维碰撞实验 1先用天平测出小球质量m1、m2.,2按如图1222所示安装好实验装置，将斜槽固定在桌边，使槽的末端切线水平,图1222,3在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸，在白纸上记下重垂线所指的位置O. 4先不放被碰小球，让入射球从斜槽上某一高度处滚下，重复10次，用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面，圆心就是入射球不碰时的落地点P.,5把被碰小球放在斜槽前端边缘处，让入射小球从同一高度滚下，使它们发生正碰，重复10次，依照
3、步骤4求出入射小球落点的平均位置M和被碰小球落点的平均位置N.过O、N在纸上作一直线,图1223,三、注意事项 1前提条件：碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰” 2若利用“气垫导轨”完成实验，调整气垫导轨时，注意利用水平仪确保导轨水平,若用“斜槽”完成实验，斜槽末端的切线必须水平，入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放,四、误差分析 1系统误差：主要来源于装置本身是否符合要求，即： (1)碰撞是否为一维碰撞 (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,2偶然误差：主要来源于质量m和速度v的测量 3改进措施：(1)设计方案时应保证碰撞为一维碰撞，且尽量满足动量守恒的条
4、件 (2)采取多次测量求平均值的方法减小偶然误差,一、基本实验原理及操作如图1224所示为“验证动量守恒定律”实验装置示意图图1224,(1)入射小球1与被碰小球2直径相同，它们的质量相比较，应是m1_m2. (2)为了保证小球做平抛运动，必须调整斜槽使_ (3)实验步骤如下： A在地面上依次铺白纸和复写纸,B确定重锤对应点O. C不放球2，让球1从槽M点滚下，确定它的落地点P. D把球2放在立柱上，让球1从斜槽M点滚下，与球2正碰后，确定它们落地位置L1、L2. E量出OL1、OP、OL2的长度,【答案】 (1) (2)斜槽末端切线水平 (3)见解析 【规律总结】 掌握该实验的操作要领和注意
5、事项是解决问题的关键,二、实验数据的处理,气垫导轨(如图1225甲)工作时，空气从导轨表面的小孔喷出，在导轨表面和滑块内表面之间形成一层薄薄的空气层，使滑块不与导轨表面直接接触，大大减小了滑块运动时的阻力为了验证动量守恒定律，在,水平气垫导轨上放置两个质量均为a的滑块，每个滑块的一端分别与穿过打点计时器的纸带相连，两个打点计时器所用电源的频率均为b.气垫导轨正常工作后，接通两个打点计时器的电源，并让两滑块以不同的速度相向运动，两滑块相碰后粘在一起继续运动图乙为某次,实验打出的点迹清晰的纸带的一部分，在纸带上以同间距的6个连续点为一段划分纸带，用刻度尺分别量出其长度s1、s2和s3.若题中各物理
6、量的单位均为国际单位，那么，碰撞前两滑块的动量大小分别为_、_，两滑块的总动量大小为_；碰撞后两,滑块的总动量大小为_重复上述实验，多做几次若碰撞前、后两滑块的总动量在实验误差允许的范围内相等，则动量守恒定律得到验证,图1225,【解析】 动量pmv，根据vs/(5t)可知两滑块碰前的速度分别为v10.2s1b、v20.2s3b，则碰前动量分别为0.2abs1和0.2abs3，总动量大小为av1av20.2ab(s1s3)；碰撞后两滑块的总动量大小为2av2as2/(5t)0.4abs2.,【答案】 0.2abs3 0.2abs1 0.2ab(s1s3) 0.4abs2(第1、2空答案可互换)
7、 【规律总结】 本实验是另一种验证动量守恒的方法，数据记录是借助纸带，正确掌握利用纸带求瞬时速度的方法是解题的前提,三、创新实验,某同学设计了一个用打点计时器验证动量守恒定律的实验：在小车A的前端粘有橡皮泥，推动小车A使之做匀速运动然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体，继续做匀速运动他设计的具体装置如图12,26甲所示在小车A后连着纸带，电磁打点计时器电源频率为50 Hz，长木板右端下面垫放小木块用以平衡摩 擦力,图1226,(1)若已知打出的纸带如图乙所示，并测得各计数点间距已标在图上A为运动起始的第一点，则应选_段来计算A的碰前速度，应选_段来计算A和B碰后的共同速度(以上两空选填
8、“AB”或“BC”或“CD”或“DE”),(2)已测得小车A的质量m10.40 kg，小车B的质量m20.20 kg，由以上测量结果可得：碰前总动量_kgm/s.碰后总动量_kgm/s.,【解析】 (1)从分析纸带上打点情况看，BC段既表示小车做匀速运动，又表示小车有较大速度，因此BC段能较准确地描述小车A在碰撞前的运动情况，应选用BC段计算A的碰前速度从CD段打点情况看，小车的运动情况还没稳定，而在DE段内小车运动稳定，故应选用DE段来计算碰后A和B的共同速度,0.695 m/s，碰撞后A、B的总动量：p(m1m2)v共(0.400.20)0.695 kgm/s0.417 kgm/s. 【答
9、案】 (1)BC DE (2)0.420 0.417,知能优化演练：3(单选) A、B两滑块在一水平长直气垫导轨上相碰，用闪光照相机在t00，t1t，t22t，t33t各时刻闪光四次，摄得如图1228所示照片，其中B像有重叠，mBmA，由此可判断( ) A碰前B静止，碰撞发生在60 cm处，t2.5t B碰前B静止，碰撞发生在60 cm处，t0.5t C碰后B静止，碰撞发生在60 cm处，t0.5t D碰后B静止，碰撞发生在60 cm处，t2.5t,知能优化演练：3(单选) A、B两滑块在一水平长直气垫导轨上相碰，用闪光照相机在t00，t1t，t22t，t33t各时刻闪光四次，摄得如图1228所示照片，其中B像有重叠，mBmA，由此可判断( ) A碰前B静止，碰撞发生在60 cm处，t2.5t B碰前B静止，碰撞发生在60 cm处，t0.5t C碰后B静止，碰撞发生在60 cm处，t0.5t D碰后B静止，碰撞发生在60 cm处，t2.5t,本部分内容讲解结束,按ESC键退出全屏播放,
