验证动量守恒定律实验演示教学Word文件下载.docx

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弹性碰撞，等质量两球对心正碰发生速度交换。

3．方案三实验器材：

小车（2个）、长木板（含垫木）、打点计时器、纸带、天平、撞针、橡皮泥、刻度尺等。

完全非弹性碰撞（撞针、橡皮泥）。

4．方案四

小球（2个）、斜槽、天平、重垂线、复写纸、白纸、刻度尺等。

实验情境：

一般碰撞或近似的弹性碰撞。

5．不同方案的主要区别在于测速度的方法不同：

①光电门（或速度传感器）；

②测摆角（机械能守恒）；

③打点计时器和纸带；

④平抛法。

还可用频闪法得到等时间间隔的物体位置，从而分析速度。

二、验证动量守恒定律实验（方案四）注意事项

1．入射球质量m1应大于被碰球质量m2。

否则入射球撞击被碰球后会被弹回2．入射球和被碰球应半径相等，或可通过调节放被碰球的立柱高度使碰撞时球心等高。

否则两球的碰撞位置不在球心所在的水平线上，碰后瞬间的速度不水平。

3．斜槽末端的切线应水平。

否则小球不能水平射出斜槽做平抛运动。

4．入射球每次必须从斜槽上同一位置由静止释放。

否则入射球撞击被碰球的

速度不相等。

5．落点位置确定：

围绕10次落点画一个最小的圆将有效落点围在里面，圆心即所求落点。

6．水平射程：

被碰球放在斜槽末端，则从斜槽末端由重垂线确定水平射程的

起点，到落地点的距离为水平射程。

【典型例题】

例1.某同学利用气垫导轨上滑块间的碰撞来寻找滑块相互作用过程中的“不变量”，实验装置如图所示，实验过程如下（“+”、“–”表示速度方向）：

1）实验1：

使m1=m2=0.25kg，让运动的m1碰静止的m2，碰后两滑块分开，

记录数据如表1

碰前

碰后

滑块m1

滑块m2

速度v（m·

s–1）

+0.110

+0.108

根据实验数据可知，在误差允许范围内：

碰前滑块的速度（填“等于”

或“不等于”）碰后滑块的速度；

碰前滑块的动能（填“等于”或“不等

于”）碰后滑块的动能；

碰前滑块的质量与速度的乘积（填“等于”或

“不等于”）碰后滑块的质量与速度的乘积。

（2）实验2：

使m1=m2=0.25kg，让运动的m1碰静止的m2，碰后两滑块一起运动，记录数据如表2。

速度v（m·

s

1）

+0.140

+0.069

或“不等于”）碰后滑块速度的矢量和；

碰前滑块的动能（填“等于”或

“不等于”）碰后滑块动能的和；

碰前滑块的质量与速度的乘积（填

“等于”或“不等于”）碰后滑块质量与速度乘积的矢量和。

（3）实验3：

使2m1=m2=0.5kg，让运动的m1碰静止的m2，碰后两滑块分开，

记录数据如表3

s1）

+0.120

–0.024

+0.070

（4）综上，滑块相互作用过程中的不变量可能为

例2.某同学设计了一个用打点计时器做“验证动量守恒定律”的实验：

在小车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，继续做匀速运动。

他设计的具体装置如图所示，在小车A后连着纸带，电磁打点计时器电源频率为50Hz，长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力。

（1）若实验得到的纸带如图所示，并测得各计数点间距，则应选段

来计算A的碰撞前速度v0；

应选段来计算A和B碰后的共同速度

v。

（mA+mB）v=kg·

m/s。

（计算结果保留三位有效数字）

（3）由本次实验获得的初步结论是

【达标训练】

1.图为“碰撞中的动量守恒”实验装置示意图。

（1）入射小球1与被碰小球2直径相同，均为d，它们的质量相比较，应是m1m2。

（2）为了保证小球做平抛运动，必须调整斜槽使。

（3）继续实验的步骤为：

A．在地面上依次铺白纸和复写纸；

B．把球2放在立柱上，球1放在斜槽末端，调节立柱高度使球1、球2

的球心等高，在球1正下方放下重垂线，确定重锤对应点O；

C．不放球2，让球1从斜槽滑下，确定它落地点位置P；

D．把球2放在立柱上，让球1从斜槽滑上，与球2正碰后，确定球1和球2落地点位置M和N；

E．用刻度尺测量OM、OP、ON的长度；

F．看m1·

OM+m2·

ON与m1·

OP是否相等，以验证动量守恒。

上述步骤有几步不完善或有错误，请指出并写出相应的正确步骤：

2.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点并由静止释放，当它摆到悬点正下方时与球2发生对心正碰。

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。

测出弹性球1、2的质量m1、m2，A、B点到水平桌面的距离a、b。

（小

球的半径可忽略）

1）实验还需要测量的物理量及其符号为

3．为了验证碰撞中的动量守恒和两小球的对心正碰可

近似认为是弹性碰撞，某同学选取了两个体积相同、质量不等的小球，按下述步骤做实验，并回答问题。

①用天平测出两小球的质量分别为m1和m2，且m1>

m2；

②如图所示安装好实验装置，将槽AB固定在桌边，使槽末端的切线水平，将斜面BC连接在槽末端；

③先不放小球m2，让小球m1从槽顶端A处由静止滚下，记下小球在斜面上的落点位置；

④将小球m2放在槽末端，让小球m1仍从槽顶端A处由静止滚下，使它们发生碰撞，记下小球m1和小球m2在斜面上的落点位置；

⑤用毫米刻度尺量出各个落点位置到槽末端点B的距离。

图中D、E、F点是该同学记下的小球在斜面上的几个落点位置，到B点的距离分别为LD、LE、

LF。

（1）在没有放m2时，让小球m1从槽顶端A处由静止滚下，m1的落点是

点。

2）用测得的物理量表示，只要满足关系式，就说明碰

撞中动量守恒。

（3）用测得的物理量表示，只要再满足关系式，就说

明两小球的碰撞是弹性碰撞。

4．两位同学用如图甲所示装置，通过半径相同的A、B两球的碰撞来验证动

量守恒定律。

须水平

C．入射球A每次必须从斜槽轨道的同一位置由静止滚下

D．两球的质量必须相等

2）测量所得入射球A的质量为mA，被碰小球B的质量为mB，图甲中O点

A多次从斜槽

是小球抛出点在水平地面上的垂直投影。

实验时，先将入射球

轨道上同一位置由静止释放，找到其平均落点的位置P，测得平抛射程为

OP；

再将入射球A从斜槽轨道上同一位置由静止释放，与小球B相撞，分别

找到球A和球B相撞后的平均落点M、N，测得平抛射程分别为OM和ON。

当

满足表达式时，说明两球碰撞过程动量守恒；

如果还

满足表达式时，说明两球的碰撞为弹性碰撞。

【总结反思】

例1.

【参考答案】

（1）等于等于等于

（2）等于不等于等于（3）不等于不等于等于

（4）质量和速度乘积的矢量和

（3）从表3数据可知，碰前速度v1=0.120m/s，碰后速度矢量和v2=（–

12

0.024+0.070）m/s=0.046m/s，不相等；

碰前动能Ek1=×

0.25×

0.122J=0.001

1212

8J，碰后的动能Ek2=（×

0.0242+×

0.5×

0.072）J=0.0013J，碰撞前后动能不相等；

碰前滑块质量与速度的乘积m1v1=0.25×

0.12kg·

m/s=0.03kg·

m/s，碰后滑块质量与速度乘积的矢量和mv=（–0.25×

0.024+0.5×

0.07）kg·

m/s=0.029kg·

m/s，在误差允许范围内相等。

（4）综上实验，碰撞前后只有滑块质量和速度乘积的矢量和始终相等例2.

（1）BCDE

（2）0.4200.417（3）在误差允许范围内，系统动量守恒

（3）根据碰撞前后的动量关系可知在误差允许的范围内系统动量守恒。

达标训练：

1.

（1）＞

（2）其末端切线水平（3）球1应每次从斜槽上相同的位置滑下；

P、M、N点应该是多次实验落地点的平均位置；

应看m1·

（ON–d）与m1·

OP是否相等

详细解析】

（1）为了保证实验现象明显，小球1不会反弹，要满足m1>

m2。

（2）要保证两个小球均要做平抛运动，必须调整斜槽使其末端切线水平。

（3）球2的水平射程小于ON，实际为ON–d。

【名师点睛】用平抛法测量碰撞前后的速度，使用末端带立柱的斜槽比只使

用斜槽更准确，对两球的射程的测量误差更小。

不使用立柱的情况，做实验

时，一半会使用两个体积很小的球来碰撞。

2.

（1）球2到水平桌面的高度h、桌面高H和C点与桌子边沿间

的水平距离c

m2c

（2）2m1ah=2m1bh+2

Hh

22

（2）对小球1，由机械能守恒有m1g（a–h）=m1v0，m1g（b–h）=m1v1，得

v0=2g（ah），v1=2g（bh）；

对小球2，由平抛运动规律有c=v2t，

H+h=1gt2，得v2=cg；

若动量守恒则有m1v0=m1v1+m2v2，可得

22（Hh）

2m1ah=2m1bh+H2h。

【名师点睛】通过测摆角来测速度方案，在教材的实验中为两质量相等的小球，可近似认为发生弹性碰撞，碰后两球速度交换，即始终只有一个球发生摆动，故只需要测两个摆角。

而本题的实验中，两球质量不等，若只用摆角法测速度，碰后两球均摆动，很难同时测量两个摆角，故实验结合了摆角测速和平抛测速两种测速方式。

3．

（1）E

（2）m1LE=m1LD+m2LF（3）m1LE=