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第4节实验:验证动量守恒定律
实验目的
1.领会验证动量守恒定律的实验原理。
2.会用不同的方案验证动量守恒定律。
实验原理
在一维碰撞中,测出相碰撞两物体的质量m、m和碰撞前物体的速度v、v
1212
及碰撞后物体的速度v′、v′,找出碰撞前的动量p=mv+mv及碰撞后的动
121122
量p′=mv′+mv′,看碰撞前后动量是否守恒。
1122
[实验方案一]利用气垫导轨完成一维碰撞实验
[实验器材]
气垫导轨、数字计时器、天平、滑块(两个)、重物、弹簧片、细绳、弹性碰
撞架、胶布、撞针、橡皮泥等。
[实验步骤]
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,利用配套的数字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。
[实验方案二]利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律
[实验器材]
斜槽、小球(两个)、天平、复写纸、白纸等。
[实验步骤]
1.测质量:用天平测出两小球的质量,并选定质量大的小球为入射小球。
2.安装:按照图甲所示安装实验装置。调整固定斜槽使斜槽底端水平。
3.铺纸:白纸在下,复写纸在上且在适当位置铺放好。记下铅垂线所指的位
置O。
4.放球找点:不放被撞小球,每次让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚
下,重复10次。用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面。圆心P就是小球
落点的平均位置。
5.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。用步骤4的方法,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。如图所示。
6.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m·OP=m·OM+m·ON,看在误差允许的范围内是否成立。
112
7.结束:整理好实验器材放回原处。
[数据处理]
验证的表达式:m·OP=m·OM+m·ON
112
误差分析
1.系统误差:主要来源于装置本身是否符合要求。
(1)碰撞是否为一维。
(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,用
长木板实验时是否平衡掉摩擦力。
2.偶然误差:主要来源于质量m和速度v的测量。
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验证,调整气垫导轨时,应注意利用水平仪确保导轨
水平。
(2)若利用平抛运动规律进行验证,安装实验装置时,应注意调整斜槽,使斜
槽末端水平,且选质量较大的小球为入射小球。
实验原理与操作
[典例1]如图所示,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。
(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,实验时先让入射球m多次从
1
倾斜轨道上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m静置于轨道的水平部分,再将入射球m
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