动量守恒实验

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1、高一物理验证动量守恒实验一、实验目的：1. 验证一维碰撞中的动量守恒.2. 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

2、，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1. 测质量：用天平测出滑块质量.2. 安装：正确安装好气垫导轨.3. 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改 变滑块的质量，改变滑块的初速度大小和方向）.4. 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1. 测质量：用天平测出两小球的质量m1、m2.2. 安装：把两个等大小球用等长悬线悬挂起来.3. 实验：一个小球静止，拉起另一个小球，放下时它们相碰.4. 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，

3、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1. 测质量：用天平测出两小车的质量.2. 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

4、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O M PN 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.3. 在地上铺一张白纸，在白纸上铺放复写纸.4. 在白纸上记下重垂线所指的位置O,它表示入射球ml碰前的位置.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，圆心就是入射小球发生碰撞前的落地点P.6. 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、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.7. 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= m10M+m20 N,看是否成立.9.整理实验器材放回原处.五、注意事项1. 前提条件：碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”2. 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.(2) 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(3) 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.(4) 若利用斜

6、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.3. 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1. 系统误差：主要来源于装置本身是否符合要求，即：(1) 碰撞是否为一维碰撞；(2) 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.2. 偶然误差：主要来源于质量m和速度v的测量.3. 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

7、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弹射架曜 导轨标尺ahF * 11卜 (1)卜面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 向气垫导轨通入压缩空气； 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

8、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，选出理想的纸带如图b所示； 测得滑块1的质量310 g,滑块2(包括橡皮泥)的质量为205 g. 完善实验步骤的内容.(2) 已知打点计时器每隔0.02 s打一个点，计算可知两滑块相互作用以前系统的总动量为kgm/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).(3) 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

9、计时器的电源，再放开滑块.作用前系统的总动量为滑块1的动量p0=m1v0.0.2v0= 0.1 m/s=2 m/s， p0 = 0.31X2 kgm/s=0.620 kgm/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= 0.14 m/s=1.2 m/s， p = (m1+m2)v=(0.310+0.205)X 1.2 kgm/s=0.618 kgm/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)0.620 0.618(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

10、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。)12mBv2B=mBgh1 设碰撞前、后两摆球的总动量的大小分别为pl、p2.有 p1=m

11、BvB 联立式得p1=mB同理可得p2 = (mA+mB) p2 mA+mBl cos30联立式得p1= mB 1cos45p2代入已知条件得(p1)2= 1.03p2_p由此可以推出I p1 IW4%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2(1)若入射小球质量为m1,半径为A. m1m2, r1r21;B. m1m2, r1m2, r1=r2 D. m1m2, 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B.游标卡尺C.天平D.弹簧秤E.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.解析：(1)两小球要选等大的，且入射小球的质量应大些，故选C.(2) 该实验必须测出两球平抛的水平位移和质量，故必须用到直尺和天平，因两球平抛起点 相同，不用测小球直径，故用不到B.(3) 因平抛落地时间相同，可用水平位移代替速度，故关系式为m1=m1+m2.