大学物理实验教案-验证动量守恒定律

1、名师精编 优秀教案试验名称：验证动量守恒定律试验目的：1观看弹性碰撞和完全非弹性碰撞现象；2验证碰撞过程中动量守恒和机械能守恒定律；试验仪器：气垫导轨（ L-QG-T-1500/5.8 ）滑块 电子天平 电脑通用计数器（MUJ-B）游标卡尺 气源 尼龙粘胶带 试验原理 ：当两滑块在水平的导轨上沿直线作对心碰撞时,如略去滑块运动过程中受到的粘滞性阻力和空气阻力, 就两滑块在水平方向除受到碰撞时彼此相互作用的内力外,不受其它外力作用；故依据动量守恒定律,两滑块的总动量在碰撞前后保持不变；和设如图 12-1 所示,滑块 1 和 2 的质量分别为m 和m ,碰撞前二滑块的速度分别为v 10v 20,碰

2、撞后的速度分别为v 和v ,就依据动量守恒定律有：m 1v 10m 2v 20m 1v 1m 2v 2 12-1 如写成标量形式为：m 1v 10m 2v 20m 1v 1m 2v 2 12-2 v 10Av 200B1A2B2v1v1 2图 12-1 式中各速度均为代数值,各 v 值的正负号打算于速度的方向与所选取的坐标轴方向是否一致,这一点要特殊留意；名师精编 优秀教案牛顿曾提出 “ 弹性复原系数”的概念, 其定义为碰撞后的相对速度与碰撞前的相对速度的比值；一般称为复原系数,用 e表示,即：e v 2 v 1 12-3 v 10 v 20当 e 1 时为完全弹性碰撞,e 0 为完全非弹性碰

3、撞,一般 0 e 1 为弹性碰撞；气轨滑块上的碰撞弹簧是钢制的,e值与 1,仍是有差异的, 因此在气轨上不能实现完全弹性碰撞；1弹性碰撞取大小两个滑块 m 1m 2,将滑块 2 置于 A 、 B 光电门之间,使v200；推动滑块1 以速度v 10去撞滑块 2,碰撞后速度分别为1v 和v ,就：m 1v 10m 1v 1m 2v2 12-4 碰撞前后的动能的变化为：E k 1 m 1 v 1 2m 2 v 2 2 1 m 1 v 10 2 12-5 2 2实际试验时, 由于滑块运动受到肯定的阻力,又由于导轨会有少许的弯曲,在 A 门测出的速度 v1 ,在 B 门测出的速度 v1 和 v2 ,都和

4、碰撞前后瞬时相应的速度有些差异,削减差异的方法之一,是尽可能缩短碰撞点到测速光电门间的距离；方法之二是进行速度修正；2. 完全非弹性碰撞此时e0, 将滑块 2 置于光电门AB 间,而且v 200,滑块 1 以速度v 10去撞滑块 2,碰撞后两滑块粘在一起以同一速度 带；碰撞前后的动量关系为：v 运动；为了实现此类碰撞,要在二滑块上加上尼龙胶m 1v 10 m 1m 2v 2 12-6 动能变化为：Ek 1 m 1 m 2 v 2 2 1m 1 v 10 2 12-7 2 2实际试验时, 由于滑块运动受到肯定的阻力,又由于导轨会有少许的弯曲,在 A 门测出的速度 v1,在 B 门测出的速度 v1

5、和 v2,都和碰撞前后瞬时相应的速度有些差异,削减差异的方法之一,是尽可能缩短碰撞点到测速光电门间的距离；方法之二是进行速度修正；试验内容1、 接上气源及电脑计时器电源线,打开电源开关；2、 用纱布沾少许酒精擦拭轨面（在供气时） 和滑块表面, 用薄纸片小条检查气孔有否名师精编 优秀教案堵塞；3、 检查计时系统（1）挑选计时S 功能和 ms档；调剂光电门的螺丝,便光电门与导轨垂直；来 1回滑动滑块,看是否能顺畅通过两个光电门；（2）用 U型挡光片遮光,观看显示计数是否正常；4、 调平气轨,检查滑块碰撞弹簧,保证对心碰撞5、 弹性碰撞适当安置光电门A 、 B 的位置（AB30 cm）,使能次序测出

6、三个速度v Ad1t 10（滑块1 通过 A 门的速度）、v Bd2（滑块2 在 B 门的速度）、v Bd 1（滑块1t2t 1在 B 门的速度） 并在可能的条件下,使 A 、 B 的距离小些 每次碰撞时, 要使v 200,速度v 1060 cm/s左右,碰撞次数610 次；6、 完全非弹性碰撞在二滑块的相对的碰撞面上加上尼龙胶带 碰撞弹簧要移开 ,进行碰撞,仍旧使d 1 v 20 0,速度 v 10 60 cm / s 左右,碰撞次数 610 次,测出碰前 v A（滑块 1t 10通过 A 门的速度）、碰后速度 v B d 2（滑块 1、 2 在 B 门的速度）、完成表格 122；t 27、

7、 用物理天平称出两个滑块的质量 m 、m ；试验数据记录 ：测1.完全弹性碰撞d 11t碰m 2后v /m/s d2P 1E k/107Je m 1碰前量t 10v 10/m/s v 20/m/s 1v /m/s 2tCP 2号1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 名师精编优秀教案6 2.完全非弹性碰撞0 d 1前/ m/s m 2后d2P 1E k/107J7 0 8 0 9 0 10 0 m 1碰碰测量号t 10v 10/m/s v202tv / m/s CP 21 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 10 0 试验数据处理：1.分别运算两类碰撞,碰撞前后动量的比CP 末P 初；2.分别运算两类碰撞,碰撞前后动能的变化E ；3.非完全弹性碰撞