动量守恒实验

高一物理《验证动量守恒实验》一、 实验目的：验证一维碰撞中的动量守恒.探究一维弹性碰撞的特点.二、 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率v、V,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、质量不同的小钢球两个，重垂线一条，白纸，复写纸，天平一台，刻度尺，圆规.四、 实验步骤方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验测质量：用天平测出滑块质量.安装：正确安装好气垫导轨.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①改变滑块的质量，②改变滑块的初速度大小和方向）.验证：一维碰撞中的动量守恒.方案二：利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验测质量：用天平测出两小球的质量m1、m2.安装：把两个等大小球用等长悬线悬挂起来.实验：一个小球静止，拉起另一个小球，放下时它们相碰.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.方案三：在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验测质量：用天平测出两小车的质量.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，在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥.3•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一起运动.4.测速度：通过纸带上两计数点间的距离及时间，由v=£；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方案四：利用等大小球做平抛运动完成一维碰撞实验1•先用天平测出小球质量m1、m2.2.按图所示那样安装好实验装置，将斜槽固OMPN定在桌边，使槽的末端点切线水平，调节实验装置使两小球碰时处于同一水平高度，且碰撞瞬间入射小球与被碰小球的球心连线与轨道末端的切线平行，以确保正碰后的速度方向水平.在地上铺一张白纸，在白纸上铺放复写纸.在白纸上记下重垂线所指的位置O,它表示入射球ml碰前的位置.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，圆心就是入射小球发生碰撞前的落地点P.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.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m1QP=m1・0M+m2・0N,看是否成立.9.整理实验器材放回原处.五、 注意事项前提条件：碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”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.若利用摆球进行实验，两小球静放时球心应在同一水平线上，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平面内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.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.探究结论：寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不改变六、 误差分析系统误差：主要来源于装置本身是否符合要求，即：碰撞是否为一维碰撞；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，长木板实验是否平衡掉摩擦力.偶然误差：主要来源于质量m和速度v的测量.改进措施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件.采取多次测量求平均值的方法减小偶然误差.七、 例题一、实验原理的理解和误差分析例1[2012.辽宁模拟]某同学利用打点计时器和气垫导轨做验证动量守恒定律的实验.气垫导轨装置如图a所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成.在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔，向导轨空腔内不断通入压缩空气，空气会从小孔中喷出，使滑块稳定地漂浮在导轨上，这样就大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差.

弹射架f滑块9弹射架弹射架曜\导轨标尺ahF• • hF• • • • • •〈*••«•11卜•••(1)卜面①安装是实验的主要步骤：好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，丿使导轨水平2().()cm 把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧，将纸带穿过打点计时器与弹射架并固定在滑块1的左端，调节打点计时器的高度，直至滑块拖着纸带移动时，纸带始终在水平方向；使滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；把滑块2放在气垫导轨的中间；先 ，然后 ，让滑块带动纸带一起运动；取下纸带，重复步骤④⑤⑥，选出理想的纸带如图b所示；测得滑块1的质量310g,滑块2(包括橡皮泥)的质量为205g.完善实验步骤⑥的内容.已知打点计时器每隔0.02s打一个点，计算可知两滑块相互作用以前系统的总动量为 kg・m/s；两滑块相互作用以后系统的总动量为 kg.m/s(保留三位有效数字).试说明(2)中两结果不完全相等的主要原因是 解析］(1)实验时应先接通打点计时器的电源，再放开滑块.⑵作用前系统的总动量为滑块1的动量p0=m1v0.0.2v0=0.1m/s=2m/s，p0=0.31X2kg・m/s=0.620kg・m/s.0.168作用后系统的总动量为滑块1和滑块2的动量和，且此时两滑块具有相同的速度v,v=0.14m/s=1.2m/s，p=(m1+m2)v=(0.310+0.205)X1.2kg・m/s=0.618kg・m/s.(3)存在误差的主要原因是纸带与打点计时器限位孔有摩擦.［答案］(1)接通打点计时器的电源放开滑块1(2)0.6200.618(3)纸带与打点计时器限位孔有摩擦［练习1］某同学利用如下图所示的装置验证动量守恒定律.图中两摆摆长相同，悬挂于同一高度，A、B两摆球均很小，质量之比为1：2•当两摆均处于自由静止状态时，其侧面刚好接触.向右上方拉动B球使其摆线伸直并与竖直方向成45°角，然后将其由静止释放.结果观察到两摆球粘在一起摆动，且最大摆角成30°•若本实验允许的最大误差为±4%，此实验是否成功地

验证了动量守恒定律？解析：设摆球A、B的质量分别为mA、mB,摆长为1,B球的初始高度为hl,碰撞前B球的速度为vB.在不考虑摆线质量的情况下，根据题意及机械能守恒定律得h1=1(1—cos45。)①12mBv2B=mBgh1②设碰撞前、后两摆球的总动量的大小分别为pl、p2.有p1=mBvB③联立①②③式得p1=mB④同理可得p2=(mA+mB)⑤p2mA+mBl—cos30°联立④⑤式得p1=mB1—cos45° ⑥p2代入已知条件得(p1)2=1.03⑦p2_p］由此可以推出Ip1IW4%⑧所以，此实验在规定的范围内验证了动量守恒定律.［练习2］如图所示为实验室中验证动量守恒的实验装置示意图.Q入射小球被碰小球宅2Q入射小球被碰小球宅2(1)若入射小球质量为m1(1)若入射小球质量为m1,半径为］A.m1>m2,r1>r21;;B.m1>m2,r1<r2重垂*被碰小球质量为m2,,半径为T2,则(：)C.m1>m2,r1=r2D.m1<m2,r1=r2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 B.游标卡尺C.天平 D.弹簧秤E.秒表设入射小球的质量为m1,被碰小球的质量为