实验：验证动量守恒定律.ppt

实验 验证动量守恒定律 一 实验目的验证碰撞中的动量守恒 二 实验原理在一维碰撞中 测出相碰的两物体的质量m1和m2及碰撞前 后物体的速度v1 v2及v1 v2 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 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 打点计时器 纸带 小车 两个 天平 撞针 橡皮泥 方案四 斜槽 大小相等质量不同的小球两个 重垂线一条 白纸 复写纸 天平 刻度尺 圆规 三角板 四 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 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 利用等长悬线悬挂大小相等的小球完成一维碰撞验 1 测质量 用天平测出两小球的质量m1 m2 2 安装 把两个大小相等的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 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 6 把被碰小球放在斜槽的末端 让入射小球从同一高度滚下 使它发生正碰 重复10次 仿步骤 5 求出入射小球落地点的平均位置M和被碰小球落地点的平均位置N 7 过O和N在纸上作一直线 8 用刻度尺量出线段OM OP ON的长度 把两小球的质量和相应的数值代入m1 OP m1 OM m2 ON 看是否成立 六 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 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 3 探究结论寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不改变 七 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 两摆球是否等大 长木板实验是否平衡掉摩擦力 2 偶然误差主要来源于质量m和速度v的测量 例1 在 验证动量守恒定律 的实验中 为了使实验得到较好的效果 1 在调整实验装置时 应注意调整轨道末端 这是为了 2 在做实验时 比较斜槽轨道上较低位置和较高位置 应选择 释放小球 理由是 基本实验过程 切线沿水平方向 保证入射小球和被碰小球在碰后都能做平抛运动 较高位置 因为入射球在碰撞前可获得较大的速度 和被碰球之间的相互作用时间可以缩短 增大它们之间的相互作用力 球所受的阻力可忽略不计 16 可编辑 3 如碰撞小球的半径为r1 质量为m2 实验记录下小球的落点为M P N 如图所示 则本实验验证动量守恒的根据是看 m1OM m2ON是否与m1OP相等 1 对实验的要求不明确 2 不能准确确定小球的起点与落点 3 不理解实验原理导致对所需测量的物理量不清楚 例2 某同学用图6 2 6 甲 所示装置通过半径相同的A B两球的碰撞来验证动量守恒定律 图中PQ是斜槽 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 图中O点是水平槽末端R在记录纸上垂直投影点 B球落点痕迹如图 乙 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6 2 6 1 碰撞后B球的水平射程应取为 cm 2 在以下选项中 哪些不是本次实验必须进行的测量 答 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球落点位置到O点的距离 C 测量A球与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G点相对于水平槽面的高度 64 2 65 2 ABD 例3 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的前端黏有橡皮泥 设法使小车A做匀速直线运动 然后与原来静止的小车B相碰并黏在一起 继续做匀速运动 设计如图 甲 所示 在小车A的后面连着纸带 电磁打点计时器的频率为50Hz 长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力 题型验证动量守恒定律实验的迁移运用 1 若已得到打点纸带如图 乙 所示 并测得各计数点间的距离在图上标出A为运动起始的点 则应选 段来计算A碰前的速度 应选 段来计算A和B碰后的共同速度 2 已测得小车A的质量mA 0 40kg 小车B的质量mB 0 20kg 则由以上结果可得碰前总动量 kg m s 碰后总动量 kg m s 得到的结论是 计算结果保留三位有效数字 切入点 通过纸带和文字叙述进行判断 速度大时点之间距离大 要知道平均速度的求法 解析 因为小车A与B碰撞前 后都做匀速运动 且碰后A与B黏合在一起 其共同速度比A原来的速度小 所以应选点迹分布均匀且点距较大的BC段计算A的碰前速度 点间距小的DE段计算A和B碰后的共同速度 思维拓展 本题说明了另外一种验证动量守恒定律的例子 值得注意其方法 下题还列举了用摆球做实验验证动量守恒的实例 对于相关的实验 在解析过程中要从实验原理出发进行研究 不能对实验器材和实验步骤进行死记硬背 跟踪训练1用如图所示的装置验证动量守恒定律 质量为mA的钢球A用细线悬挂于O点 质量为mB的钢球B放在离地面高度为H的水平面上 O点到A球球心的距离为L 使悬线在A球释放前张直 且与竖直线的夹角为 A释放