专题六第2讲实验：验证动量守恒定律

第2讲实验：验证动量守恒定律考点验证动量守恒定律

1．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′，算出碰撞前的动量p＝m1v1＋m2v2

及碰撞后的动量p′＝m1v1′＋m2v2′，即可验证碰撞前后动量是否守恒．

2．实验方案：实验需测量物体质量和速度，质量可用天平直接测量，测速度的方案有：

(1)利用平抛运动测速度．利用平抛运动下落高度相同时，水平速度与水平距离成正比．此方案所用器材是斜槽、大小相等质量不同的小钢球两个、重垂线一条、白纸、复写纸、天平、刻度尺、圆规、三角板．

(2)利用光电门测速度，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．此方案所用器材是气垫导轨、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．3．利用平抛运动测速度的实验原理图6－2－1

(1)质量分别为m1

和m2

的两小球发生正碰，若碰前m1

运动，m2

静止，根据动量守恒定律应有：m1v1＝m1v1′＋m2v2′. (2)各小球在同一高度做平抛运动，运动时间相等，则动量守恒时有：m1·OP＝m1·OM＋m2·O′N.(见实验图6－2－1)4．利用平抛运动测速度的实验步骤(1)先用天平测出小钢球质量m1、m2.

(2)按要求安装好实验装置，将斜槽固定在桌边，使槽的末端点切线水平，把被碰小球放在斜槽前边的小支柱上，调节实验装置使两小球碰撞时处于同一水平高度，确保碰撞后的速度方向水平．(3)在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸．(4)在白纸上记下重垂线所指的位置O，它表示入射小球m1碰前的球心位置．

(5)先不放被碰小球，让入射小球从斜槽上同一高度处滚下，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，圆心就是入射小球不碰时的落地点平均位置P.

(6)把被碰小球放在小支柱上，让入射小球从同一高度滚下，使它们发生正碰，重复10次，仿步骤(5)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.(7)过O、N在纸上作一直线，取OO′＝2r，O′就是被碰小球碰撞时的球心竖直投影的位置．(8)用刻度尺量出线段OM、OP、O′N的长度，把两小球的质量和相应的水平位移数值代入m1·OP＝m1·OM＋m2·O′N，看是否成立．(9)整理实验器材放回原处．五、注意事项(1)本实验中两个小球质量不同，一定将质量大的作入射小球，质量小的作被碰小球，如果用质量小的与质量大的相碰，则质量小的球可能反弹，这样就不能准确测定入射小球碰后的速度。(2)该实验要确保斜槽末端水平。检验是否水平的方法是：将小球轻轻放在斜槽末端的水平部分的任一位置，若小球均能保持静止，则表明斜槽末端已水平。r1＝r2＝r.(3)保证入射小球每次必须从斜槽轨道同一位置由静止释放，且尽可能的让小球的释放点高些。(4)实验过程中要确保实验桌、斜槽及白纸的位置始终不变。(5)在计算时一定要注意m1、m2和OP、OM、ON的对应关系。六、误差分析实验中发现碰撞后系统(m1、m2)水平方向的总动量小于碰撞前系统水平方向的总动量，误差主要来源于：(1)难做到准确的正碰，则误差较大；斜槽末端若不水平，则得不到准确的平抛运动而造成误差。(2)O、P、M、N各点定位不准确，测量和作图有偏差。1．如图6－2－2所示为实验室中验证动量守恒的实验装置示意图.图6－2－2(1)若入射小球质量为m1，半径为r1；被碰小球质量为m2，半径为r2，则()CA．m1＞m2，r1＞r2C．m1＞m2，r1＝r2

B．m1＞m2，r1＜r2D．m1＜m2，r1＝r2(2)为完成此实验，以下所提供的测量工具中必需的是____.(填下列对应的字母) A．直尺

C．天平

B．游标卡尺

D．秒表AC第51讲

│要点探究第51讲

│要点探究

2．某同学用图6－2－3甲中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，实验图中O点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点．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．甲乙

图6－2－3 (1)碰撞后B球的水平射程应取为________.

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AB球落点位置到O点的距离C、测量A球或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点相对水平槽面的高度答案：64.6A、B、D

解析：(1)将10个点圈在内的最小圆的圆心作为落点平均位置，可由刻度尺测得碰撞后B球的水平射程为64.7，因最后一位数字为估计值，所以允许误差±0.1，因此64.6和64.8也是正确的．(2)在以下选项中，哪些是本次实验必须进行的测量？答：______________(填选项号)．

(2)从同一高度做平抛运动的物体飞行时间t相同，所以需要测出的量有：sA为不碰时A球的水平射程，sA′为碰后A球的水平射程，sB′为B球碰后的水平射程，mA、mB

的大小或mA/mB的值．选项是必要的．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．①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m1、m2相碰后平均落地点的位置M、NE．测量平抛射程OM，ON③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)．

1．(2010年珠海二模)如图

6－2－5所示，某同学利用半径相同、质量较小的A球和质量较大的B球来探究动量守恒定律，图中QR为水平槽．实验时，他让A球从斜槽上某一固定位置G由静止滚下，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；再把B球放在水平槽末端，让A球仍从位置G由静止滚下，和B球碰撞后，A、B球分别在记录纸上留下各自落点的痕迹，重复操作10次．图中的O点是水平槽末端的垂直投影点．用天平称量出两球的质量，用米尺测量出各球落点的平均位置到O点的距离，如下表：mA/gmB/gOM/cmON/cmOP/cm10.040.039.3054.8598.29图6－2－5

(1)根据表中的数据分析可得：M点是B球的落点，则N点是A球在__________的落点，P点是A球在__________的落点．(填“碰撞前”或“碰撞后”)

(2)取小球做平抛运动的时间为单位时间，用mA、mB

和图中字母表示碰撞前的总动量p1＝____________，碰撞后的总动量p2＝______________________. (3)将表中数据代入发现p1________p2(填“大于”、“等于”或“小于”)，其主要原因是：________________________ __________________________________________________ ____________________________________