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 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 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 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 9 整理实验器材放回原处 5 利用平抛运动测速度实验注意事项 1 斜槽末端必须水平 2 入射小球每次都必须从斜槽上同一高度滚下 3 白纸铺好后不能移动 4 入射小球的质量应大于被碰小球的质量 即m1 m2 且r1 r2 r 1 单选 在做 验证碰撞中的动量守恒 的实验时 必须测量的物理量有 入射小球和被碰小球的质量 入射小球和被碰小球的半径 入射小球从斜槽上由静止释放时的起始高度 斜槽轨道的末端到地面的高度 从相碰到落地的时间 入射小球未与另一小球碰撞时飞出的水平距离 入射小球和被碰小球碰撞时飞出的水平距离 A C B D 针对训练 错解分析 验证动量守恒定律要得到两小球的质量和碰撞前后的速度 故需要得到小球做平抛运动的时间或离地面的垂直高度 所以选择了含有 的答案 正确解析 由平抛运动的知识可知 两小球到地面的垂直距离都相等 所以做平抛运动的时间都相等 故只需测量其飞出的水平距离及两小球的质量 即可验证动量是否守恒 D正确 2 如图所示为实验室中验证动量守恒的实验装置示意图 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 A 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 3 设入射小球的质量为m1 被碰小球的质量为m2 P为碰前入射小球落点的平均位置 则关系式 用m1 m2及图中字母表示 成立 即表示碰撞中动量守恒 3 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 1 碰撞后B球的水平射程应取为 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 图6 2 3 64 6 64 8 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 1 64 6 64 8 2 A B D 解 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 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 4 2009年四川卷 气垫导轨 如图6 2 4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碰撞前 后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6 2 4 5 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 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 碰撞后 碰撞前 2 取小球做平抛运动的时间为单位时间 用mA mB和