动量守恒实验

动量守恒实验

1.某物理兴趣小组利用如图1所示的装置进行实验．在足够大的水平平台上的A点放

置一个光电门，水平平台上A点右侧摩擦很小可忽略不计，左侧为粗糙水平面，当地重力加速度大小为g．采用的实验步骤如下：

①在小滑块a上固定一个宽度为d的窄挡光片；

②用天平分别测出小滑块a（含挡光片）和小球b的质量m a、m b；

③在a和b间用细线连接，中间夹一被压缩了的轻弹簧，静止放置在平台上；

④细线烧断后，a、b瞬间被弹开，向相反方向运动；

⑤记录滑块a通过光电门时挡光片的遮光时间t；

⑥滑块a最终停在C点（图中未画出），用刻度尺测出AC之间的距离S a；

⑦小球b从平台边缘飞出后，落在水平地面的B点，用刻度尺测出平台距水平地面

的高度h及平台边缘铅垂线与B点之间的水平距离S b；

⑧改变弹簧压缩量，进行多次测量．

（1）该实验要验证“动量守恒定律”，则只需验证______ = ______ 即可．（用上述实验数据字母表示）

（2）改变弹簧压缩量，多次测量后，该实验小组得到S a与的关系图象如图2所

示，图线的斜率为k，则平台上A点左侧与滑块a之间的动摩擦因数大小为

______ ．（用上述实验数据字母表示）

2.如图，用“碰撞试验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分

碰撞前后的动量关系．

①试验中，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的．但是，可以通过仅测量______

（填选项前的序号）来间接地解决这个问题

A．小球开始释放高度h B．小球抛出点距地面的高度H

C．小球做平抛运动的射程

②图中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影，实验时，先让入射球m1多次从斜

轨上S位置静止释放，找到其平均落地点的位置P，测量平抛射程OP，然后，把被碰小球m2静止于轨道的水平部分，再将入射小球m1从斜轨上S位置静止释放，与小球m2相撞，并多次重复．椐图可得两小球质量的关系为______ ，接下来要完成的必要步骤是______ （填选项的符号）

A．用天平测量两个小球的质量m1、m2

B．测量小球m1开始释放高度h

C．测量抛出点距地面的高度h

D．分别找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、N

E．测量平抛射程OM，ON

③若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为______ 用②中测量的量表示）

若碰撞是弹性碰撞．那么还应满足的表达式为______ （用②中测量的量表示）．3.如图所示，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、D的气垫导轨以及滑块A、B来验证动量守恒定律，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m A、m B。

（b）调整气垫导轨，使导轨处于水平。

（c）在滑块A、滑块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）用刻度尺测出滑块A的左端至板C的距离L1。

（e）按下电钮放开卡销，同时使分别记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作。

当滑块A、B分别碰撞挡板C、D时停止计时，计下滑块A、B分别到达挡板C、D 的运动时间t1和t2。

（1）实验中还应测量的物理量是______。

（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______，由此公式算得的A、B两滑块的动量大小并不完全相等，产生误差的原因是______。

（3）利用上述实验数据还能测出被压缩弹簧的弹性势能，请写出表达式______。

4.某同学用如图甲所示的装置验证碰撞中的动量守恒，并测滑块与桌面间的动摩擦因

数。一根长为L的轻质细线一端拴住质量为m的小钢球，细线的另一端固定在悬点O，在O点正下方的水平桌面上放一质量为M（M＞m）的小滑块，滑块上固定一宽度为d（很小）的轻质遮光片。滑块左侧的水平桌面上固定两光电门A、B．其中光电门A右侧的桌面光滑，左侧的桌面粗糙。光电门有两种计时功能，既可以记录遮光片到达两光电门的时间差t，又可以记录遮光片分别在两光电门处的遮光时间△tA和△tB。

（1）将小球向右拉至细线水平后静止释放，小球在最低点与滑块碰撞后反弹上升，测出细线的最大偏角为θ，滑块通过光电门A时遮光时间为△tA，已知重力加速度为g．则验证小球与滑块在碰撞过程中动量守恒的表达式为______（用字母M、m、L、

d、θ、△tA、g表示）。

（2）将光电门A固定，调节光电门B的位置，重复（1）中的实验步骤，记录各次实验中的t值，并测量A、B两光电门的间距s，作出图象如图乙所示。取重力

加速度g=9.8m/s2，则滑块与水平桌面间的动摩擦因数μ=______（结果保留两位有效数字）。

5.如图甲所示，在验证动量守恒定律实验时，小车A的前端粘有橡皮泥，推动小车A

使之做匀速运动。然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体，继续匀速运动，在小车A后连着纸带，电磁打点计时器电源频率为50Hz，长木板右端下面垫放小木片用以平衡摩擦力。

（1）若获得纸带如图乙所示，并测得各计数点间距（已标在图上）．A为运动起始的第一点，则应选______段来计算A的碰前速度，应选______段来计算A和B 碰后的共同速度（填“AB”或“BC”或“CD”或“DE”）。

（2）已测得小车A的质量m1=0.30kg，小车B的质量为m1=0.20kg，由以上测量结果可得碰前系统总动量为______kg•m/s，碰后系统总动量为______kg•m/s．（结果保留四位有效数字）

（3）实验结论：______。

6.在“探究碰撞中的不变量”实验中常会用到气垫导轨，导轨与滑块之间形成空气

垫，使滑块在导轨上运动时几乎没有摩擦。现在有滑块A、B和带竖直挡板C、D 的气垫导轨，用它们探究碰撞中的不变量，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m A、m B；

b．调整气垫导轨使之水平；

c．在A、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，同时开始计时，当A、B滑块分别碰撞挡板C、D时结束计时，记下A、B分别到达C、D的运动时间t1和t2。

（1）实验中还应测量的物理量及其符号是______。

（2）若取A滑块的运动方向为正方向，则放开卡销前，A、B两滑块质量与速度乘积之和为______；A、B两滑块与弹簧分离后，质量与速度乘积之和为______。若这两个和相等，则表示探究到了“碰撞中的不变量”。

（3）实际实验中，弹簧作用前后A、B两滑块质量与速度乘积之和并不完全相等，可能产生误差的原因有______。

A．气垫导轨不完全水平B．滑块A、B的质量不完全相等

C．滑块与导轨间的摩擦力不真正为零D．质量、距离、时间等数据的测量有误差7.小刚同学设计了一个用电磁打点计时器验证动量守恒定律的实验：

（1）下面是实验的主要步骤：

①把长木板放置在水平桌面上，其中一端用薄木片垫高；

②把打点计时器固定在长木板的一端；

③将纸带穿过打点计时器并固定在小车A的一端；

④把小车A的前端固定橡皮泥，让小车B静止的放置在木板上；

⑤先______，再______，接着与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体继续运

动；（以上两空填写后续描述中的字母符号：a．推动小车A使之运动，b．接通电源）

⑥关闭电源，取下纸带，换上新纸带，重复步骤③④⑤，选出较理想的纸带如图乙

所示；

⑦用天平测得小车A的质量为m1=0.4kg，小车B的质量为m2=0.2kg．

（2）在上述实验步骤中，还需完善的步骤是______（填写步骤序号并完善该步骤）（3）若已测得打点纸带如图乙所示，并测得各计数点间距（已标在图上）．A为运动的起点，则应选______段来计算A碰前的速度．应选______段来计算A和B