验证动量守恒定律的几种方案

1、验证动量守恒定律的几种方案、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= mivi + m2V2及碰撞后的动量 p'= mivi'+ m2V2，看碰撞前后动量是否守 恒、具体方案方案一 ：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 (改变滑块的质 量改变滑块的初速度大小和方向 )碰撞前 后的速度(4) 验证：一维碰撞中的动量守恒.例：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

2、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和D的气 垫导轨和滑块A和B验证动量守恒定律，实验 装置如图所示，采用的实验步骤如下：CDa. 用天平分别测出滑块 A、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；d. 用刻度尺测出A的左端至C板的距离Li;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C、D挡板时计时结束，记下A、B分别到 达C、D的运动时间ti和t2.（1）实验中还应测量的物理量及其符号是（2

3、）利用上述测量的实验数据，验证动量守恒定律的表达式是 ,上式中算得的A、B两滑块的动量大小并不完全相等，产 生误差的原因有 （至少答出两点）.答案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Li,B与D的距离L2 及A到C,B到D的时间ti和t2.测出两滑块 的质量,就可以用mA=mB鱼验证动量是否守tit2恒.（ 1）实验中还应测量的物理量为 B与D 的距离,符号为L2.（2）验证动量守恒定律的表达式是 mAR=mB“,产生误差的原因：Li、L2、mA、tit2mB的数据测量误差.没有考虑弹簧推动滑块 的加速过程.滑块并不是标准的匀速直线运动

4、,滑块与导轨间有少许摩擦力方案二 ：利用等长悬线悬挂等大小球完成一 维碰撞实验(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(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例：用如图所示装置来验证动量守恒定律，0点，当细线被拉直时0点到球质量为mB的钢球B放在小支柱N 上，球心离地面高度为H ;质量 为mA的钢球A用细线拴好悬

5、挂于心的距离为L，且细线与竖直线之间夹角；球A由静止释放，摆到最低点时恰与球 B发生正 碰，碰撞后，A球把轻质指示针C推移到与竖 直夹角为 处，B球落到地面上，地面上铺有一 张盖有复写纸的白纸D,用来记录球B的落点.(1)用图中所示各个物理量的符号表示碰撞 前后两球A、B的动量(设两球A B碰前的动 量分别为Pa、Pb ；碰后动量分别为Pa、Pb )，则Pa =Pa =Pb=Pb =o(2)请你提供两条提高实验精度的建 议：o方案三:在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰 撞实验(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

6、，在两小车的碰撞端分别装上撞针和 橡皮泥.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 =菁算出速度.(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.例：某同学设计了一个用电磁打点计时器验证 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装置如图（a）所示在小 车A后连着纸带，电磁打点计时器所用电源频 率为50 Hz,长木板下垫着小木片以平衡摩擦 力.严“斤

7、fr1（1）若已测得打点纸带如图（b）所示并测得各计数点间距（已标在图示上）A为运动的 起点,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（以上两空选填“AB'或“ BC或“ CD 或 “ DG .（2）已测得小车A的质量mi=0.4 kg,小车B 的质量为m2=0.2 kg,则碰前两小车的总动量为 kg m/s,碰后两小车的总动量为 kg m/s.答案 （1） BC DE（2） 0.420 0.4仃方法四 ：利用斜槽上滚下的小球验证动量守 恒定律(1)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图1(2)按照图 1 所示安装实验装置调整、固 定斜槽使斜槽底端

8、水平(3) 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) 不放被撞小球，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小球所有的 落点都圈在里面圆心P就是小球落点的 平均位置.(5) 把被撞小球放在斜槽末端，让入射小球从斜槽同一图2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2所示.(6) 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mi OP = mi OM + m2 ON，看在误差允许 的范围内是否成立.(7) 整理好实验器材

9、放回原处(8) 实验结论：在实验误差范围内，碰撞系 统的动量守恒例(2011北京理综21(2)如图4,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4 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 hB .小球抛出点距地面的高度HC小球做平抛运动的射程 图中0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0P.然后，把被碰小球m2静置 于轨道的水平部分

10、，再将入射球mi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 mi、m2B .测量小球mi开始释放的高度hC .测量抛出点距地面的高度HD.分别找到mi、m2相碰后平均落地点的位M、E.测量平抛射程0M、ON 若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为 （用中测量的量表示 ）；若碰撞是弹性碰撞，那么还应满足的表达式为 （用中测量的量表示 ） 经测定，mi= 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 5 所 示.碰撞前、后mi的动量分别为pi与pi', 则pi : pi '=: ii;若碰撞结束时m2的动量为P2 ,贝U pi'： P2 = ii :.图5实验结果说明，碰撞前、后总动量的比值为.P1+ P2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.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