實(shí)驗驗證碰撞中的動量守恒

1、實(shí)驗：驗證碰撞中的動量守恒一、 實(shí)驗?zāi)康?、研究碰撞（對心正碰）中的動量守恒2、培養(yǎng)學(xué)生的動手實(shí)驗?zāi)芰吞剿骶穸?實(shí)驗器材斜槽軌道（或J2135-1型碰撞實(shí)驗器）、入射小球m1和被碰小球m2、天平（附砝碼一套）、游標(biāo)卡尺、毫米刻度尺、白紙、復(fù)寫紙、圓規(guī)、小鉛錘點(diǎn)撥選球時應(yīng)保證入射球質(zhì)量m1大于被碰小球質(zhì)量m2，即m1>m2，避免兩球落點(diǎn)太近而難找落地點(diǎn)，避免入射球反彈的可能，通常入射球選鋼球，被碰小球選有機(jī)玻璃球或硬膠木球。球的半徑要保證r1=r2（r1、r2為入射球、被碰小球半徑），因兩球重心等高，使碰撞前后入射鋼球能恰好由螺釘支柱頂部掠過而不相碰，以免影響球的運(yùn)動。三、實(shí)驗原理m

2、1m2PMN0由于入射球和被碰小球碰撞前后均由同一高度飛出做平拋運(yùn)動，飛行時間相等，若取飛行時間為單位時間，則可用相等時間內(nèi)的水平位移之比代替水平速度之比。點(diǎn)撥如圖所示，根據(jù)平拋運(yùn)動性質(zhì)，入射球碰撞前后的速度分別為v1=， v1=，被碰小球碰后速度為v2=被碰小球碰撞前后的時間僅由下落高度決定，兩球下落高度相同，時間相同，所以水平速度可以用水平位移數(shù)值表示，如圖所示；v1用OP表示；v1用OM表示，v2用ON表示，其中O為入射球拋射點(diǎn)在水平紙面上的投影，（由槽口吊鉛錘線確定）O為被碰小球拋射點(diǎn)在水平紙面上的投影，顯然明確上述表示方法是實(shí)驗成功的關(guān)鍵。于是，上述動量關(guān)系可表示為：m1·

3、OP= m1·OM+m2·(ON2r)，通過實(shí)驗驗證該結(jié)論是否成立。四、 實(shí)驗步驟（1） 將斜槽固定在桌邊使末端點(diǎn)的切線水平。（2） 讓入射球落地后在地板上合適的位置鋪上白紙并在相應(yīng)的位置鋪上復(fù)寫紙。（3） 用小鉛錘把斜槽末端即入射球的重心投影到白紙上O點(diǎn)。（4） 不放被碰小球時，讓入射小球10次都從斜槽同一高度由阻止開始滾下落在復(fù)寫紙上，用圓規(guī)找出落點(diǎn)的平均位置P點(diǎn)。（5）把入射球放在槽口末端露出一半，調(diào)節(jié)支柱螺柱，使被碰小球與入射球重心等高且接觸好，然后讓入射球在同一高度滾下與被碰小球碰10次，用圓規(guī)找出入射球和碰小球的平均位置M、N。 （6）用天平測出兩個球的質(zhì)量記入

4、下表，游標(biāo)卡尺測出入射球和被碰小球的半徑r1和r2，在ON上取OO=2 r，即為被碰小球拋出點(diǎn)投影，用刻度尺測出其長度，記錄入表內(nèi)。（7）改變?nèi)肷淝虻母叨?，重?fù)上述實(shí)驗步驟，再做一次。點(diǎn)撥重做實(shí)驗時，斜槽、地板上白紙的位置要始終保持不變；入射球的高度要適宜，過高會使水平速度偏大，致使落地點(diǎn)超越原地白紙；過低會使碰撞前后速度偏小，使落地點(diǎn)彼此靠近分不清，測量兩球的水平位移分度不大。五、 實(shí)驗記錄 入射球  r1= (m),  m1= （kg） 被碰球 r2  = (m),  m2= （kg）實(shí)驗次數(shù)入射球(

5、m1)被碰球 (m2)m1 與m2碰前總動量m1·OPm1 與m2碰后總動量m1·OM+m2·(ON2r)碰前平拋水平距離OP(m)碰后平拋水平距離OM(m)碰后平拋水平距離OM ON(m)123六、實(shí)驗注意事項點(diǎn)撥表格中每一次實(shí)驗數(shù)據(jù)均指兩球碰撞10次所取的平均值，不要誤解為只碰一次。易混點(diǎn)入射球的平拋?zhàn)鴺?biāo)原點(diǎn)“O”與上一個實(shí)驗“研究平拋物體的運(yùn)動”的坐標(biāo)原點(diǎn)O，確定方法混淆。易錯點(diǎn)兩球碰撞前后的速度值是哪一段對應(yīng)的水平位移數(shù)值表示分辯不清。易忘點(diǎn)碰撞成功的條件m1>m2；落地點(diǎn)要取多次的平均位置。七、實(shí)驗結(jié)論從實(shí)驗表格中的數(shù)據(jù)計算表明，在誤差范

6、圍內(nèi)入射球（m1）和被碰小球（m2）碰撞前后水平方向的總動量守恒，即 m1·OP= m1·OM+m2·(ON2r)八、思考題1、實(shí)驗中采用的兩個小球的質(zhì)量分別是m1、m2，且m1< m2；兩小球的半徑對應(yīng)為r1、r2，且r1< r2。斜槽軌道的摩擦可忽略不計，本實(shí)驗應(yīng)怎樣做？2、實(shí)驗中發(fā)現(xiàn)碰撞后系統(tǒng)（m1、m2）水平方向的總動量小于碰撞前系統(tǒng)水平方向的總動量，請分析誤差來源？可能性分析a、被碰小球被碰時難免受到支球螺柱的摩擦力，支球柱質(zhì)量雖小，碰時得到一些動量。b、難做到準(zhǔn)確的正碰，難得到準(zhǔn)確的平拋。c、O、O、P、M、N各點(diǎn)定位不準(zhǔn)確。d、測量和作圖

7、有偏差。e、儀器和重復(fù)實(shí)驗操作不一定一致（如入射球每次不是從同一高度下落、斜槽或白紙位置發(fā)生變動）3、你能設(shè)計出更好的實(shí)驗裝置，盡量減小實(shí)驗誤差，來完成該實(shí)驗嗎？4、在驗證動量守恒定律的實(shí)驗中，必須要求的條件是： 軌道是光滑的； 軌道末端的切線是水平的； 1 和2 的球心在碰撞的瞬間在同一高度； 碰撞的瞬間1 和2 球心連線與軌道末端的切線平行； 每次1 都要從同一高度靜止?jié)L下。5、在驗證動量守恒定律的實(shí)驗中，必須測量的量有： 小球的質(zhì)量1 和2 ； 小球的半徑r； 桌面到地面的高度； 小球1 的起始高度； 小球從拋出到落地的時間； 小球1 未碰撞飛出的水平距離； 小球1和2 碰撞后飛出的水平距離。6、實(shí)驗時，小球的落點(diǎn)分別如右圖的、點(diǎn)，應(yīng)該比較下列哪兩