实验七 验证动量守恒定律

实验七验证动量守恒定律

一、实验原理与操作

图1

二、数据处理

1．碰撞找点：把被撞小球放在斜槽末端，每次让入射小球从斜槽同一高度自由滚下，使它们发生碰撞，重复实验10次。标出碰后入射小球落点的平均位置M 和被撞小球落点的平均位置N。如图1所示。

2．验证：连接ON，测量线段OP、OM、ON的长度。将测量数据填入表中，最后代入m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，看在误差允许的范围内是否成立。

注意事项

(1)碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”。

(2)选质量较大的小球作为入射小球，即m入＞m被碰。

(3)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。

误差分析

(1)主要来源于质量m1、m2的测量。

(2)小球落点的确定。(3)小球水平位移的测量。

考点一教材原型实验

1、如图2，用“碰撞实验器”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。

图2

(1)实验中，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________(填选项前的符号)，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，先将入射球m1多次从斜轨上S位置由静止释放，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位置由静止释放，与小球m2相撞，并多次重复。

接下来要完成的必要步骤是__________。(填选项前的符号)

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]。

2、某同学用如图3所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来“探究碰撞过程中的不变量”，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。图中O点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点。

图3

(1)安装器材时要注意：固定在桌边上的斜槽末端的切线要沿________方向。

(2)某次实验中，得出小球落点情况如图4所示(单位是cm)，P′、M、N分别是入射小球在碰前、碰后和被碰小球在碰后落点的平均位置(把落点圈在内的最小圆的圆心)，若入射小球和被碰小球质量之比为m1∶m2＝4∶1。

图4

则两球碰撞前的总动量为__________(用m1表示)，碰撞后的总动量为__________(用m1表示)

在实验误差允许的范围内两球碰撞过程中动量________。

考点二、利用气垫导轨验证动量守恒定律

3、某同学现用如图5甲所示的气垫导轨和光电门装置来“验证动量守恒定律”，在气垫导轨右端固定一弹簧，滑块b的右端有强粘性的胶水。图中滑块a和挡光片的总质量为m1＝0.620 kg，滑块b的质量为m2＝0.410 kg，实验步骤如下：

①按图安装好实验器材后，接通气源，先将滑块a置于气垫导轨上，然后调节底脚螺丝，直到轻推滑块后，滑块上的挡光片通过两个光电门的时间________；②将滑块b置于两光电门之间，将滑块a置于光电门1的右端，然后将滑块a 水平压缩弹簧，滑块a在弹簧的作用下向左弹射出去，通过光电门1后继续向左滑动并与滑块b发生碰撞；

③两滑块碰撞后粘合在一起向左运动，并通过光电门2；

④实验后，分别记录下滑块a挡光片通过光电门1的时间t1，两滑块一起运动挡光片通过光电门2的时间t2。

图5

(1)完成实验步骤①中所缺少的内容。

(2)实验前用一游标卡尺测得挡光片的宽度d如图乙所示，则d＝________ cm。

(3)设挡光片通过光电门的时间为Δt，则滑块通过光电门的速度可表示为v＝________(用d、Δt表示)。

(4)实验中测得滑块a经过光电门1的速度为v1＝2.00 m/s，两滑块经过光电门2的速度为v2＝1.20 m/s，将两滑块和挡光片看成一个系统，则系统在两滑块相互作用前、后的总动量分别为p1＝________ kg·m/s，p2＝________ kg·m/s(结果均保留3位小数)。

考点三、利用其他实验装置验证动量守恒定律

4、一同学采用如图6a所示的实验装置，设计了“验证动量守恒定律”的实验。实验装置中的斜面和水平面之间用很短的平滑曲面连接，物块通过平滑曲面时速度大小不变。实验步骤主要包括：

图6

①选取两块表面粗糙程度相同的物块A、B。

②将两个粘扣分别钉到两物块的侧面上，使两物块相碰时能粘合在一起。

③让物块A从斜面上某一位置O处由静止开始滑下，记下物块A在水平面上停下的位置P(多次滑下以准确确定位置P)，如图b所示。

④在靠近斜面底端处放物块B，并使带有粘扣的一侧朝左，标出此时B所处位置M，如图c所示，让物块A从同一位置O处由静止开始滑下，A、B碰撞后粘合在一起，标出停止时两物块的位置N，如图c所示。

⑤用刻度尺测MP、MN的长度s1和s2，用天平测出A、B的质量m A、m B。

(1)只要m A、m B、s1、s2之间满足关系式____________________，就可以认为碰撞瞬间A、B系统的总动量保持不变。

(2)为了增大碰前物块A的速度，可采取的措施有：①________________________；

②________________________。

5、如图所示的装置中，质量为m A的钢球A用细线悬挂于O点，质量为m B的钢球B放在离地面高度为H的小支柱N上。O点到A球球心的距离为L．使悬线在A球释放前伸直，且线与竖直线的夹角为α，A球释放后摆动到最低点时恰与B球正碰，碰撞后，A球把轻质指示针OC推移到与竖直线夹角为β处，B球落到地面上，地面上铺一张盖有复写纸的白纸D．保持α角度不变，多次重复上述实验，白纸上记录到多个B球的落点。

（1）图中x应是B球做（从“平抛”、“自由落体”、“圆周”中三选一）运动的水平位移大小。

（2）为了探究碰撞中的守恒量，在已知重力加速度g的条件下，还需要测得的七个物理量是（填写题目中所给物理量符号）。

（3）用测得的物理量表示：m A v A＝；

m A v A′＝；m B v B′＝。