实验--验证动量守恒定律

1、实验十四验证动量守恒定律实验十四验证动量守恒定律栏目栏目导引导引第十二章第十二章 碰撞与动量守恒碰撞与动量守恒 实验分析与导引实验分析与导引一、设计实验一、设计实验【实验目的实验目的】验证一维碰撞中的动量守恒验证一维碰撞中的动量守恒栏目栏目导引导引第十二章第十二章 碰撞与动量守恒碰撞与动量守恒 【实验原理实验原理】在一维碰撞中，测出物体的质量在一维碰撞中，测出物体的质量m和碰和碰撞前后物体的速度撞前后物体的速度v、v，找出碰撞前，找出碰撞前的动量的动量pm1v1m2v2及碰撞后的动量及碰撞后的动量pm1v1m2v2，看碰撞前后动，看碰撞前后动量是否守恒量是否守恒栏目栏目导引导引第十二章第十二章

2、 碰撞与动量守恒碰撞与动量守恒 【实验器材实验器材】方案一：气垫导轨，滑块，天平，弹性方案一：气垫导轨，滑块，天平，弹性圈，粘扣，挡光片，光电门，物理实验圈，粘扣，挡光片，光电门，物理实验微机辅助教学系统微机辅助教学系统方案二：重垂线一条，大小相等、质量方案二：重垂线一条，大小相等、质量不同的小球两个，斜槽，白纸，复写不同的小球两个，斜槽，白纸，复写纸，刻度尺，天平一台，圆规一个纸，刻度尺，天平一台，圆规一个栏目栏目导引导引第十二章第十二章 碰撞与动量守恒碰撞与动量守恒 【实验步骤实验步骤】方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验验1测质量：用天平测出滑块质量测质

3、量：用天平测出滑块质量2安装：正确安装好气垫导轨安装：正确安装好气垫导轨(如图如图1221所示所示)栏目栏目导引导引第十二章第十二章 碰撞与动量守恒碰撞与动量守恒 图图1221栏目栏目导引导引第十二章第十二章 碰撞与动量守恒碰撞与动量守恒 3实验：接通电源，利用配套的光电实验：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计时装置测出两滑块各种情况下碰撞前后的速度后的速度(改变滑块的质量；改变滑块的质量；改变改变滑块的初速度大小和方向滑块的初速度大小和方向)4验证：一维碰撞中的动量守恒验证：一维碰撞中的动量守恒方案二：利用斜槽完成一维碰撞实验方案二：利用斜槽完成一维碰撞实验1先用天

4、平测出小球质量先用天平测出小球质量m1、m2.栏目栏目导引导引第十二章第十二章 碰撞与动量守恒碰撞与动量守恒 2按如图按如图1222所示安装好实验装所示安装好实验装置，将斜槽固定在桌边，使槽的末端切置，将斜槽固定在桌边，使槽的末端切线水平线水平栏目栏目导引导引第十二章第十二章 碰撞与动量守恒碰撞与动量守恒 图图1222栏目栏目导引导引第十二章第十二章 碰撞与动量守恒碰撞与动量守恒 3在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸，在白纸上记下重垂线所指的位置纸，在白纸上记下重垂线所指的位置O.4先不放被碰小球，让入射球从斜槽上先不放被碰小球，让入射球从斜槽上某一高度处滚下，

5、重复某一高度处滚下，重复10次，用圆规画尽次，用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面，可能小的圆把所有的小球落点圈在里面，圆心就是入射球不碰时的落地点圆心就是入射球不碰时的落地点P.栏目栏目导引导引第十二章第十二章 碰撞与动量守恒碰撞与动量守恒 5把被碰小球放在斜槽前端边缘处，把被碰小球放在斜槽前端边缘处，让入射小球从同一高度滚下，使它们发让入射小球从同一高度滚下，使它们发生正碰，重复生正碰，重复10次，依照步骤次，依照步骤4求出入求出入射小球落点的平均位置射小球落点的平均位置M和被碰小球落和被碰小球落点的平均位置点的平均位置N.过过O、N在纸上作一直在纸上作一直线线栏目栏目导引导引第十

6、二章第十二章 碰撞与动量守恒碰撞与动量守恒 栏目栏目导引导引第十二章第十二章 碰撞与动量守恒碰撞与动量守恒 图图1223栏目栏目导引导引第十二章第十二章 碰撞与动量守恒碰撞与动量守恒 栏目栏目导引导引第十二章第十二章 碰撞与动量守恒碰撞与动量守恒 栏目栏目导引导引第十二章第十二章 碰撞与动量守恒碰撞与动量守恒 三、注意事项三、注意事项1前提条件：碰撞的两物体应保证前提条件：碰撞的两物体应保证“水平水平”和和“正碰正碰”2若利用若利用“气垫导轨气垫导轨”完成实验，调完成实验，调整气垫导轨时，注意利用水平仪确保导整气垫导轨时，注意利用水平仪确保导轨水平轨水平栏目栏目导引导引第十二章第十二章 碰撞与

7、动量守恒碰撞与动量守恒 若用若用“斜槽斜槽”完成实验，斜槽末端的切完成实验，斜槽末端的切线必须水平，入射小球每次都必须从斜线必须水平，入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放槽同一高度由静止释放栏目栏目导引导引第十二章第十二章 碰撞与动量守恒碰撞与动量守恒 四、误差分析四、误差分析1系统误差：主要来源于装置本身是系统误差：主要来源于装置本身是否符合要求，即：否符合要求，即：(1)碰撞是否为一维碰撞碰撞是否为一维碰撞(2)实验是否满足动量守恒的条件：如实验是否满足动量守恒的条件：如气垫导轨是否水平，两球是否等大气垫导轨是否水平，两球是否等大栏目栏目导引导引第十二章第十二章 碰撞与动量守恒碰撞与

8、动量守恒 2偶然误差：主要来源于质量偶然误差：主要来源于质量m和速和速度度v的测量的测量3改进措施：改进措施：(1)设计方案时应保证碰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撞为一维碰撞，且尽量满足动量守恒的条件条件(2)采取多次测量求平均值的方法减小采取多次测量求平均值的方法减小偶然误差偶然误差栏目栏目导引导引第十二章第十二章 碰撞与动量守恒碰撞与动量守恒 一、基本实验原理及操作一、基本实验原理及操作 如图如图1224所示为所示为“验证动量验证动量守恒定律守恒定律”实验装置示意图实验装置示意图图图1224典例透析与示范典例透析与示范栏目栏目导引导引第十二章第十二章 碰撞与动量守恒

9、碰撞与动量守恒 (1)入射小球入射小球1与被碰小球与被碰小球2直径相同，直径相同，它们的质量相比较，应是它们的质量相比较，应是m1_m2.(2)为了保证小球做平抛运动，必须调为了保证小球做平抛运动，必须调整斜槽使整斜槽使_(3)实验步骤如下：实验步骤如下：A在地面上依次铺白纸和复写纸在地面上依次铺白纸和复写纸栏目栏目导引导引第十二章第十二章 碰撞与动量守恒碰撞与动量守恒 B确定重锤对应点确定重锤对应点O.C不放球不放球2，让球，让球1从槽从槽M点滚下，确点滚下，确定它的落地点定它的落地点P.D把球把球2放在立柱上，让球放在立柱上，让球1从斜槽从斜槽M点滚下，与球点滚下，与球2正碰后，确定它们落

10、地正碰后，确定它们落地位置位置L1、L2.E量出量出OL1、OP、OL2的长度的长度栏目栏目导引导引第十二章第十二章 碰撞与动量守恒碰撞与动量守恒 栏目栏目导引导引第十二章第十二章 碰撞与动量守恒碰撞与动量守恒 栏目栏目导引导引第十二章第十二章 碰撞与动量守恒碰撞与动量守恒 栏目栏目导引导引第十二章第十二章 碰撞与动量守恒碰撞与动量守恒 【答案答案】(1)(2)斜槽末端切线水平斜槽末端切线水平(3)见解析见解析【规律总结规律总结】掌握该实验的操作要领掌握该实验的操作要领和注意事项是解决问题的关键和注意事项是解决问题的关键栏目栏目导引导引第十二章第十二章 碰撞与动量守恒碰撞与动量守恒 二、实验数

11、据的处理二、实验数据的处理 气垫导轨气垫导轨(如图如图1225甲甲)工工作时，空气从导轨表面的小孔喷出，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，在的阻力为了验证动量守恒定律，在栏目栏目导引导引第十二章第十二章 碰撞与动量守恒碰撞与动量守恒 水平气垫导轨上放置两个质量均为水平气垫导轨上放置两个质量均为a的的滑块，每个滑块的一端分别与穿过打点滑块，每个滑块的一端分别与穿过打点计时器的纸带相

12、连，两个打点计时器所计时器的纸带相连，两个打点计时器所用电源的频率均为用电源的频率均为b.气垫导轨正常工作气垫导轨正常工作后，接通两个打点计时器的电源，并让后，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相碰后粘在一起继续运动图乙为某次栏目栏目导引导引第十二章第十二章 碰撞与动量守恒碰撞与动量守恒 实验打出的点迹清晰的纸带的一部分，实验打出的点迹清晰的纸带的一部分，在纸带上以同间距的在纸带上以同间距的6个连续点为一段个连续点为一段划分纸带，用刻度尺分别量出其长度划分纸带，用刻度尺分别量出其长度s1、s2和和s

13、3.若题中各物理量的单位均为国际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单位，那么，碰撞前两滑块的动量大小分别为分别为_、_，两滑块的，两滑块的总动量大小为总动量大小为_；碰撞后两；碰撞后两栏目栏目导引导引第十二章第十二章 碰撞与动量守恒碰撞与动量守恒 滑块的总动量大小为滑块的总动量大小为_重复重复上述实验，多做几次若碰撞前、后上述实验，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围内相等，则动量守恒定律得到验证证栏目栏目导引导引第十二章第十二章 碰撞与动量守恒碰撞与动量守恒 图图1225栏目栏目导引导

14、引第十二章第十二章 碰撞与动量守恒碰撞与动量守恒 【解析解析】动量动量pmv，根据，根据vs/(5t)可知两滑块碰前的速度分别为可知两滑块碰前的速度分别为v10.2s1b、v20.2s3b，则碰前动量分别为，则碰前动量分别为0.2abs1和和0.2abs3，总动量大小为，总动量大小为av1av20.2ab(s1s3)；碰撞后两滑块的总；碰撞后两滑块的总动量大小为动量大小为2av2as2/(5t)0.4abs2.栏目栏目导引导引第十二章第十二章 碰撞与动量守恒碰撞与动量守恒 【答案答案】0.2abs30.2abs10.2ab(s1s3)0.4abs2(第第1、2空答案可互换空答案可互换)【规律总

15、结规律总结】本实验是另一种验证动本实验是另一种验证动量守恒的方法，数据记录是借助纸带，量守恒的方法，数据记录是借助纸带，正确掌握利用纸带求瞬时速度的方法是正确掌握利用纸带求瞬时速度的方法是解题的前提解题的前提栏目栏目导引导引第十二章第十二章 碰撞与动量守恒碰撞与动量守恒 三、创新实验三、创新实验 某同学设计了一个用打点计时某同学设计了一个用打点计时器验证动量守恒定律的实验：在小车器验证动量守恒定律的实验：在小车A的前端粘有橡皮泥，推动小车的前端粘有橡皮泥，推动小车A使之使之做匀速运动然后与原来静止在前方做匀速运动然后与原来静止在前方的小车的小车B相碰并粘合成一体，继续做相碰并粘合成一体，继续做

16、匀速运动他设计的具体装置如图匀速运动他设计的具体装置如图12栏目栏目导引导引第十二章第十二章 碰撞与动量守恒碰撞与动量守恒 26甲所示在小车甲所示在小车A后连着纸带，后连着纸带，电磁打点计时器电源频率为电磁打点计时器电源频率为50 Hz，长，长木板右端下面垫放小木块用以平衡摩木板右端下面垫放小木块用以平衡摩擦力擦力栏目栏目导引导引第十二章第十二章 碰撞与动量守恒碰撞与动量守恒 图图1226栏目栏目导引导引第十二章第十二章 碰撞与动量守恒碰撞与动量守恒 (1)若已知打出的纸带如图乙所示，并若已知打出的纸带如图乙所示，并测得各计数点间距已标在图上测得各计数点间距已标在图上A为运为运动起始的第一点，

17、则应选动起始的第一点，则应选_段来计段来计算算A的碰前速度，应选的碰前速度，应选_段来计段来计算算A和和B碰后的共同速度碰后的共同速度(以上两空选以上两空选填填“AB”或或“BC”或或“CD”或或“DE”)栏目栏目导引导引第十二章第十二章 碰撞与动量守恒碰撞与动量守恒 (2)已测得小车已测得小车A的质量的质量m10.40 kg，小，小车车B的质量的质量m20.20 kg，由以上测量结，由以上测量结果可得：碰前总动量果可得：碰前总动量_kgm/s.碰后总动量碰后总动量_kgm/s.栏目栏目导引导引第十二章第十二章 碰撞与动量守恒碰撞与动量守恒 【解析解析】(1)从分析纸带上打点情况看，从分析纸带

18、上打点情况看，BC段既表示小车做匀速运动，又表示小车段既表示小车做匀速运动，又表示小车有较大速度，因此有较大速度，因此BC段能较准确地描述小段能较准确地描述小车车A在碰撞前的运动情况，应选用在碰撞前的运动情况，应选用BC段计段计算算A的碰前速度从的碰前速度从CD段打点情况看，小段打点情况看，小车的运动情况还没稳定，而在车的运动情况还没稳定，而在DE段内小车段内小车运动稳定，故应选用运动稳定，故应选用DE段来计算碰后段来计算碰后A和和B的共同速度的共同速度栏目栏目导引导引第十二章第十二章 碰撞与动量守恒碰撞与动量守恒 栏目栏目导引导引第十二章第十二章 碰撞与动量守恒碰撞与动量守恒 0.695 m

19、/s，碰撞后，碰撞后A、B的总动量：的总动量：p(m1m2)v共共(0.400.20)0.695 kgm/s0.417 kgm/s.【答案答案】(1)BCDE(2)0.4200.417栏目栏目导引导引第十二章第十二章 碰撞与动量守恒碰撞与动量守恒 知能优化演练：知能优化演练：3(单选单选) A、B两滑块在一水平长直气垫两滑块在一水平长直气垫导轨上相碰，用闪光照相机在导轨上相碰，用闪光照相机在t00，t1t，t22t，t33t各时刻闪光四次，摄得如图各时刻闪光四次，摄得如图1228所示照片，其所示照片，其中中B像有重叠，像有重叠，mBmA，由此可判断，由此可判断()A碰前碰前B静止，碰撞发生在静止，碰撞发生在