第3课 实验：验证动量守恒定律

《第3课 实验：验证动量守恒定律》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第3课 实验：验证动量守恒定律（19页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、第二单元 实验与探究第 3 课 实验：验证动量守恒定律一、实验目的验证碰撞中的动量守恒二、实验原理在一维碰撞中，测出相碰的两物体的质量 m1 和 m2 及碰撞前、 后物体的速度V、v2及v1，v2，,找出碰撞前的动量p=mlv1+m2v2 及碰撞后的动量p,=mlv1，+m2v2，看W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、方案四：斜槽、大小相等质量不同的小球两个、重垂线一条、

2、白 纸、复写纸、天平、刻度尺、圆规、三角板四、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(1)改变滑块的质量；(2)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：利用等长悬线悬挂大小相等的小球完成一维碰撞实验12测质量：用天平测出两小球的质量 m1、m2.安装：把两个大小相等的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，算出碰撞

3、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运动4测速度：通过纸带上两计数点间的距离及时间由v=鲁算出速度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先用天平测出小球质量 m1、m2.固定在桌边，使槽的末端点

4、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2按如图所示那样安装好实验装置，将斜槽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,它表示入射球叫碰前 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

5、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ml OP=m OM+m2 ON,看是否成立.五、数据处理1速度的测量方案一：滑块速度的测量：v=X，式中 x为滑块挡光片的宽 度（仪器说明书上给出，也可直接测量），A t为数字计时器显示的滑 块（挡光片）经过光电门的时间方案二：摆球速度的测量：v=、;2gh,式中h为小球释放时（或 碰撞后摆起的 ）高度, h 可用刻度尺测量（也可由量角器和摆长计算 出）方案三：小车速度的测量：v=AX，式中A x是纸带上两计数点 间的距离，可用刻度尺测量，A t为小车经过A x的时间，可由打点 间隔算出2验证的

6、表达式m v +m v =m v +mv1 1 2 2 1 1 2 2方案四：验证的表达式： m1OP=m1OM+m2ON1 1 2六、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；

7、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七、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，两摆球是否等大，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.1某同学用如图所示的装置来验证动量守恒定律图中PQ为斜槽，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，留下痕迹关于小球落点的下列说法中正确的是(BD)A如果小球每一次都从同一点无初速释放，重复几次的落点应当是重合的B

8、.由于偶然因素存在，重复操作时小球的落点不重合是正常的,但落点应当比较密集C测定P点位置时，如果重复10次的落点分别为P、P2、 p3p1 ,则 op 应取 OP、op2、op3op10 的平均值，即 OP=住,这个圆的圆（OP1OP2OP10）/10D.用半径尽量小的圆把Pf P2、P3、P10心就是入射球落点的平均位置P解析：重复操作时小球的落点不会全重合，但距离应较近确定 落点位置的方法是画最小的圆圈定落点，圆心作为落点位置2如图(a)所示，在水平光滑轨道上停着甲、乙两辆实验小车，甲车系一穿过打点计时器的纸带,当甲车受到水平向右的冲量时,随 即启动打点计时器,甲车运动一段距离后,与静止的

9、乙车发生正碰并 粘在一起运动.甲图(a)图(b)乙 打点计时器11 nil it ini II II II II II I in IirrrrrnHi 1111 III 11 Illi i| u 11 II ill I mi1234567 cm纸带记录下碰撞前甲车和碰撞后两车运动情况如图(b)所示，电源频率为50 Hz，则碰撞前甲车运动速度大小为m/s甲、乙两车的质量比m : m =甲乙解析：由纸带及刻度尺可得碰前甲车的速度为：12X10-3vi = 0.02-m/s = 0.6 m/s.碰后两车的共同速度：= 8X10-3v2= 0.02m/s= 0.4 m/s.由动量守恒定律有：m V =

10、 (m + m )v2.甲 1 甲 乙 2由此得甲、乙两车的质量比：m v 0.42甲 =2=-m v - v 0.6 - 0.4 1乙12答案：0.6 2: 13某同学设计了一个用打点计时器验证动量守恒的实验，如图甲所示，在小车A的前端和小车B的后端贴有黏扣，在木板的右端 固定打点计时器，小车 A 后拖一长纸带，木板下垫有小木块，用来 平衡摩擦力，反复移动小木块位置，直到小车在木板上运动时可以保 持匀速直线运动状态现使小车A、B分别静止在木板的右端和中间, 如图甲所示，给小车A 一个瞬时冲量，小车A与静止的小车B相碰 并黏合成一体后继续做匀速直线运动已知打点计时器的电源频率为50 Hz,得到

11、的打点纸带及计数点间距如图乙所示.若测得小车A的质量mi=0.40 kg,小车B的质量m2=020 kg,由以上数据可得(计算结果取三位有效数字)：小车A、B碰撞前的总动量为kg m/s；(2) 碰撞后的总动量为kg m/s；(3) 该实验得到的结论是解析：(1)小车 A 碰前的速度：m/s = 1.05 m/s.BC 10.50X10-2V1 tBC5X0.02BC故小车 A、B 碰前的总动量为：mj = 0.40 X 1.05 kg m/s = 0.420 kg m/s.(2)碰后小车A、B的速度：m/s 0.695 m/s.DE 6.95X 10- 2 v2 tDE5X0.02则有碰撞后

12、的总动量为： (m1m2)v2(0.400.20)X0.695 kg m/s = 0.417 kg m/s.(3)在误差允许的范围内系统动量守恒答案：见解析课时作业1某同学用如图所示的装置来验证动量守恒定律图 中P Q为斜槽，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，留下痕迹关于小球落点的下列说法中正O AP C确的是(BD)A如果小球每一次都从同一点无初速释放，重复几次的落点应当是重合的B.由于偶然因素存在，重复操作时小球的落点不重合是正常的,但落点应当比较密集C测定P点位置时，如果重复10次的落点分别为P、P2、 p3p1 ,则op应取

13、OP、op2、op3、op10的平均值，即OP=(OP1+OP2+OP10)/10D用半径尽量小的圆把P、P2、P3P0住,这个圆的圆心就是入射球落点的平均位置P解析：重复操作时小球的落点不会全重合，但离地应较近确定落点位置的方法是画最小的圆圈定落点，圆心作为落点位置2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

14、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 刻度尺、天平(2)两木块的质量ml. m2和两木块落地点分别到桌子两侧边缘的水平距离 x1、 x2(3)咛1 =咛23如图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O点，O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

15、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.( 忽略小球的大小)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的质量就能求出弹性球1的 动量变化；根据平拋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讥三=2叫口 + mqH=h.答案：弹性球

16、1、2的质量叫、m2立柱高h桌面高H(2)2叫円=2叫円+叫HTh4 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

17、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 的距离 L1、 B 与 D 的距离L2及A到C、B到D的时间和匚，测出两滑块的质量，就可以用2 1 2mJt1 = mB*验证动量是否守恒.A t1B t2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

18、.(2)验证动量守恒定律的表达式是mALL1 = mB2.A t1B t2产生误差的原因： 片、L2、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5某同学用如图甲所示的装置通过半径相同的A、B两球(mA mB)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

19、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.(1)碰撞后B球的水平射程应取为cm；(2)在以下选项中，哪些是本次实验必须进行的测量？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O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点的高低对实验影响的说 法中正确的是()A释放点越

20、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.本实验中要测量的数据有：两个小球的质量叫、m2，三个落 12点的距离X、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,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 C 正确答案：（1）64.7（64.5649 均可）（2）A、B、D C