验证动量守恒定律实验报告及对应练习

1、（一）课本标准实验点拨实验目的：1 .验证小球碰撞前后动量守恒；2 .学会调整使用碰撞实验仪器，使其满足一维碰撞条件。实验原理：利用图的装置验证碰撞中的动量守恒，让小球从斜槽上滚下来，跟另一个小球发生碰撞，两球均做平抛运 动。由于下落高度相同，因而飞行时间相等，所以可以用它们平抛射程的大小代替其碰撞后的飞出速度。实验器材：两个小球（门 r2,mi m2）、斜槽、重锤线、白纸、复写纸、刻度尺、实验步骤：按图安装好斜槽，注意使其末端 ,并在地面适当的位置放上白纸和复写纸，并在白纸上记下;首先在不放被碰小球的前提下，让入射小球从斜槽上 从静止滚下，重复数次，便可在复写纸上打出多个点， ,则 就是不发

2、生碰撞时入射小球的平均位置 P点（图4-2 ）;将被碰小球放在 上，适当调节使得两小球相碰时处于 ,使入射小球与被碰小球能发生；让入射小球由 从静止开始滚下，重复数次，使两球相碰，按照步骤的办法求出入球落地点的平均位置 M和被碰小球落地点的平均位置 N;测出水平槽到落地点的竖直高度。测出各球平抛的水平位移。代入公式计算。思考一：上述实验步骤是否正确？如完整，请直接写出验证公式： 如不正确，请指出并写出验证公式 ：误差分析：被碰小球被碰时难免受到支柱的摩擦力，支柱质量虽小，但在两球碰撞时还是带走了一些动量。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。O、O、

3、P、M、N各点定位不准确。测量和作图有偏差。仪器和实验操作的重复性不好，使得每次做实验时不是统一标准。（如入射球每次不是从同一高度下落、斜槽或白纸位置发生变动）思考二：水平槽与小球之间有摩擦，为什么不考虑摩擦力对小球碰撞前后的动量守恒的影响？（课本实验改良版）某同学用图实一11 7甲所示的装置通过半径相同的A、B两球（mAmB）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

4、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.图甲中。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 。点对齐. S -11 -7（1）碰撞后B球的水平射程应取为 cm；（2）在以下选项中，哪些是本次实3必须进行的测量？答： .（填选项字母）A .水平槽上未放 B球时，测量A球落点位置到 。点的距离B. A球与B球碰撞后，测量 A球落点位置到 。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。点相对于水平槽面的高度（3）实验中，对入射小球在斜槽上释放

5、点的高低对实验影响的说法中正确的是（）A.释放点越低，小球受阻力越小，入射小球速度越小，误差越小B.释放点越低，两球碰后水平位移越小，水平位移测量的相对误差越小，两球速度的测量越准确C.释放点越高，两球相碰时，相互作用的内力越大，碰撞前后动量之差越小，误差越小D.释放点越高，入射小球对被碰小球的作用力越大，轨道对被碰小球的阻力越小解析：（1）用一尽可能小的圆把小球落点圈在里面，由此可见圆心的位置是64.7 cm,这就是小球落点的平均位置.（2）本实验中要测量的数据有：两个小球的质量m1、m2,三个落点的距离xi、X2、X3,所以应选A、B、D.（3）入射小球的释放点越高，入射小球碰前速度越大，

6、相碰时内力越大，阻力的影响相对减小，可以较好地满足动量守恒的条件，也有利于减少测量水平位移时的相对误差，从而使实验的误差减小，选项答案：（1）64.7（64.5 64.9 均可）（2）A、B、D （3）CC正确.验证动量守恒实验气垫导轨版:利用图（a）所示的装置验证动量守恒定律。在图（ a）中，气垫导轨上有 A、B两个滑块，滑块 A右侧带有一弹簧片，左侧与打点计时器（图中未画出）的纸带相连；滑块B左侧也带有一弹簧片，上面固定一遮光片，光电计时器（未完全画出）可以记录遮光片通过光电门的时间。实验测得滑块 A质量mi=0.310kg ,滑块B的质量m2=0.108kg ,遮光片的宽度 d=1.00

7、cm；打点计时器所用的交流电的频率为 f=50Hz。将光电门固定在滑块 B的右侧，启动打点计时器，给滑块A一向右的初速度，使它与B相碰；碰后光电计时器显示的时间为tB = 3-500ms ,碰撞前后打出的纸带如图（b）所若实验允许的相对误差绝对值碰撞前后总动量之差碰前总动量1000。）最大为5%,本实验是否在误差范围内验证了动量守恒定律？写出运算过程。练习一：用天平、气垫导轨（带光电计时器和两个滑块 ）探究物体间发生相互作用时的不变量，本实验可用自动照相机代替打点计时器（闪光频率为10 Hz）,步骤方法如下：（1）用天平称出两滑块的质量。mA= 0.10kg, mB= 0.20kg,放在水平的

8、气垫导轨上（导轨上标尺的最小分度为1cm,滑块可看做质点）；（2）碰撞前后连续三次闪光拍照得图中a、b、c所示的照片；请你根据图示数据探究物体间发生相互作用时的不变量。答案：mAVA+mBVB= mAvA+mBv,B,即碰撞前后 mv之和保持不变。解析：由题图a、b可确定A的速度为VA=7.0U0 M02m/s = 0.6m/s0.1则 mAVA = 0.1 0.6kg m/s= 0.06kg m/s一2从题图b、c看出滑块A与B靠近到发生碰撞需t2 = 1.5八10 s= 2.5 10 2s国实一 11 X0.6所以A与B碰后回到7.0cm位置，历时(0.1 2.5 10 2)s= 7.5

9、10 2sm山 ，7.08.5 M0 2因此，求出 v a=4c-2m/s = 0.2m/s7.5 1011.5- 8.5 M0 2v b= r l - 2 m/s= 0.4m/s 7.5 10所以碰撞后：mAvA+ mBvB=6M0 2 kg m/s由以上计算可得：Eava+ mBvB = mAv a + mBv B。练习二：某同学把两块大小不同的木块用细线连接，中间夹一被压缩了的轻质弹簧，如图实一118所示,将这一系统置于光滑的水平桌面上，烧断细线，观察木块的运动情况，进行必要的测量，验证物体间相互 作用时动量守恒.(1)该同学还必须有的器材是 .(2)需要直接测量的数据是 (3)用所得数

10、据验证动量守恒的关系式是 .解析：这个实验的思路与课本上采用的实验的原理完全相同，也是通过测平抛运动的位移来代替它们作用完毕时的速度.答案：(1)刻度尺、天平(2)两木块的质量mi、m2和两木块落地点分别到桌子两侧边缘的水平距离xi、X2(忽略小球的大小)(3)mixi= m2x2练习三.如图实一11 5所示是用来验证动量守恒的实验装置，弹性球 1用细 线悬挂于。点，。点正下方桌子的边沿有一竖直立柱.实验时，调节悬点，使 弹性球1静止时恰与立柱上的球 2接触且两球等高.将球 1拉到A点，并使之 静止，同时把球2放在立柱上.释放球 1 ,当它摆到悬点正下方时与球2发生对心碰撞.碰后球1向左最远可

11、摆到 B点，球2落到水平地面上的 C点.测出 有关数据即可验证 1、2两球碰撞时动量守恒.现已测出A点离水平桌面的距离为a.B点离水平桌面的距离为 b, C点与桌子边沿间的水平距离为 c.此外： (1)还需要测量的量是、和 (2)根据测量的数据，该实验中动量守恒的表达式为 解析：(1)要验证动量守恒必须知道两球碰撞前后的动量变化，根据弹性球1碰撞前后的高度 a和b,由机械能守恒可以求出碰撞前后的速度，故只要再测量弹性球1的质量m1，就能求出弹性球1的动量变化；根据平抛运动的规律只要测出立柱高h和桌面高H就可以求出弹性球 2碰撞前后的速度变化，故只要测量弹性球2的质量和立柱高h、桌面高H就能求出

12、弹性球 2的动量变化.(2)根据(1)的解析可以写出动量守恒的方程为2m 1 必h = 2m1 Jbh + m2j CH+ h答案：弹性球1、2的质量m1、m2立柱高h 桌面高H(2)2m1、a h =2mWb-h + m2十h练习四：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，实验装置如图实-11-6所示(弹簧的长度忽略不计)，采用的实验步骤如下：a.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

13、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的左端至挡板 C的距离L1；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滑块分别碰撞挡板C、D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)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).解析：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LiL2r1距离Li、B与D的距离12及人到

14、C、B到D的时间ti和t2,测出两滑块的质量， 就可以用 mT = m%2验 证动量是否守恒.(1)实验中还应测量的物理量为B的右端至挡板 D的距离，符号为 L2.八、 ILiL2(2)验证动重寸恒te律的表达式是mA7=mBt?.产生误差的原因：Li、L2、ti、t2、mA、mB的数据测量误差；没有考虑弹簧推动滑块的加速过程；滑块并不是做标准的匀速直线运动，滑块与导轨间有少许摩擦力.气垫导轨不完全水平.答案：见解析图实-I】-8块A沿水平桌练习五.用如图实-ii-8所示的装置进行 验证动量守恒 定律”的实验：先测出可视为质点的两滑块A、B的质量分别为 m、M及滑块与桌面间的动摩擦因数山(2)

15、用细线将滑块 A、B连接，使A、B间的轻弹簧处 于压缩状态，滑块 B恰好紧靠桌边.(3)剪断细线，测出滑块 B做平抛运动的水平位移 xi,滑面滑行距离为X2(未滑出桌面).为验证动量守恒定律，写出还需测量的物理量及表示它们的字母 果动量守恒，需要满足的关系式为 .h.解析：弹开后B做平抛运动，为求其弹开后的速度即平抛运动的初速度，必须测量下落高度h= 2gti2, Xi = vitivi = xi V2h-弹开后B做匀减速运动，由动能定理mgx= 2mv22，V2 = 2/2gx由动量守恒定律 Mvi-mv2=0答案：桌面离地高度 h Mx 标=m07。6. (2008宁夏高考)某同学利用如图实一119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 m,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l, B球的初始高度为 hi,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