物理第六章實驗驗證動量守恒定律

1、一、實驗目的一、實驗目的 驗證碰撞中的動量守恒驗證碰撞中的動量守恒二、實驗原理二、實驗原理質量為質量為m1和和m2的兩個小球發(fā)的兩個小球發(fā)生正碰，若碰前生正碰，若碰前m1運動，運動，m2靜止，根據(jù)動量守恒定律應有：靜止，根據(jù)動量守恒定律應有：m1v1m1v1m2v2.因小因小球從斜槽上滾下后做平拋運動，由平拋運動知識球從斜槽上滾下后做平拋運動，由平拋運動知識可知，只要小球下落的高度相同，在落地前運動的時間就可知，只要小球下落的高度相同，在落地前運動的時間就相同，則小球的水平速度若用飛行時間作時間單位，在數(shù)相同，則小球的水平速度若用飛行時間作時間單位，在數(shù)值上就等于小球飛出的水平距離所以只要測出

2、小球的質值上就等于小球飛出的水平距離所以只要測出小球的質量及兩球碰撞后和不發(fā)生碰撞時飛出的水平距離，代入公量及兩球碰撞后和不發(fā)生碰撞時飛出的水平距離，代入公式就可驗證動量守恒定律式就可驗證動量守恒定律 即即m1OPm1OMm2ON，式中，式中OP、OM和和ON的意義的意義如圖實如圖實1所示所示三、實驗器材三、實驗器材 斜槽，兩個大小相等、質量不同的小球，重垂線，復斜槽，兩個大小相等、質量不同的小球，重垂線，復寫紙，白紙，天平，刻度尺，圓規(guī)，三角板等寫紙，白紙，天平，刻度尺，圓規(guī)，三角板等四、實驗操作四、實驗操作1用天平測出兩個小球的質量用天平測出兩個小球的質量m1、m2. 選質量大的作為入射球

3、選質量大的作為入射球m1.2按圖實按圖實2所示安裝好實驗裝置，所示安裝好實驗裝置， 使斜槽的末端點切線水平使斜槽的末端點切線水平3在地上鋪一張白紙，白紙上鋪放復寫在地上鋪一張白紙，白紙上鋪放復寫 紙，當小球落在復寫紙上時，便在白紙上留下了小球落紙，當小球落在復寫紙上時，便在白紙上留下了小球落 地的痕跡地的痕跡圖實圖實24在白紙上記下重垂線所指的位置在白紙上記下重垂線所指的位置O.5先不放上被碰小球，讓入射小球從斜槽上同一高度滾先不放上被碰小球，讓入射小球從斜槽上同一高度滾 下，重復下，重復10次用盡可能小的圓把所有的小球落點圈次用盡可能小的圓把所有的小球落點圈 在里面，圓心在里面，圓心P就是小

4、球落點的平均位置就是小球落點的平均位置6把被碰小球放在斜槽前端邊緣處，讓入射小球從原來把被碰小球放在斜槽前端邊緣處，讓入射小球從原來的高度滾下，使它們發(fā)生碰撞重復實驗的高度滾下，使它們發(fā)生碰撞重復實驗10次用同次用同樣的方法標出碰撞后入射小球落點的平均位置樣的方法標出碰撞后入射小球落點的平均位置M和被和被碰小球落點的平均位置碰小球落點的平均位置N.7測量線段測量線段OP、OM、ON的長度，將測量數(shù)據(jù)填入下表中的長度，將測量數(shù)據(jù)填入下表中.實實驗驗次次數(shù)數(shù)入射小入射小球的質球的質量量m1/g被碰小被碰小球的質球的質量量m2/gOP(cm)OM(cm)ON(cm)碰前碰前動量動量碰后碰后動量動量1

5、2 把兩小球的質量和相應的數(shù)值代入把兩小球的質量和相應的數(shù)值代入m1OPm1OMm2ON， 看是否成立看是否成立8整理實驗器材放回原處整理實驗器材放回原處五、注意事項五、注意事項1入射小球入射小球m1和被碰小球和被碰小球m2大小應完全相同，且大小應完全相同，且m1m2.2入射小球每次都必須從斜槽上同一高度處由靜止?jié)L下入射小球每次都必須從斜槽上同一高度處由靜止?jié)L下3斜槽末端切線方向必須水平斜槽末端切線方向必須水平4兩球碰撞時，球心等高或在同一水平線上兩球碰撞時，球心等高或在同一水平線上六、誤差分析六、誤差分析 實驗中發(fā)現(xiàn)碰撞后系統(tǒng)實驗中發(fā)現(xiàn)碰撞后系統(tǒng)(m1、m2)水平方向的總動量小水平方向的總動

6、量小于碰撞前系統(tǒng)水平方向的總動量，誤差主要來源于：于碰撞前系統(tǒng)水平方向的總動量，誤差主要來源于：1難做到準確的正碰，則誤差較大；斜槽末端若不水平，難做到準確的正碰，則誤差較大；斜槽末端若不水平， 則得不到準確的平拋運動而造成誤差則得不到準確的平拋運動而造成誤差2O、P、M、N各點定位不準確，測量和作圖有偏差各點定位不準確，測量和作圖有偏差 某同學用圖實某同學用圖實3所示裝置通過半徑相同的所示裝置通過半徑相同的A、B兩球的碰撞來驗證動量守恒定律圖中兩球的碰撞來驗證動量守恒定律圖中PQ是斜槽，是斜槽，QR為水平槽實驗時先使為水平槽實驗時先使A球從斜槽上某一固定位置球從斜槽上某一固定位置G由靜由靜止

7、開始滾下，落到位于水平地面的記錄紙上，留下痕止開始滾下，落到位于水平地面的記錄紙上，留下痕跡重復上述操作跡重復上述操作10次，得到次，得到10個落點痕跡再把個落點痕跡再把B球放球放在水平槽上靠近槽末端的地方，讓在水平槽上靠近槽末端的地方，讓A球仍從位置球仍從位置G由靜止開由靜止開始滾下，和始滾下，和B球碰撞后，球碰撞后，A、B球分別在記錄紙上留下各球分別在記錄紙上留下各自的落點痕跡重復這種操作自的落點痕跡重復這種操作10次圖實次圖實3中中O點是點是水平槽末端水平槽末端R在記錄紙上的垂直投影點在記錄紙上的垂直投影點B球落點痕跡球落點痕跡如圖實如圖實4所示，其中米尺水平放置，且平行于所示，其中米尺

8、水平放置，且平行于G、R、O所在的平面，米尺的零點與所在的平面，米尺的零點與O點對齊點對齊(1)碰撞后碰撞后B球的水平射程應取為球的水平射程應取為_cm.(2)在以下選項中，哪些是本次實驗必須進行的測量？在以下選項中，哪些是本次實驗必須進行的測量？_(填選項號填選項號)A水平槽上未放水平槽上未放B球時，測量球時，測量A球落點位置到球落點位置到O點的距離點的距離BA球與球與B球碰撞后，測量球碰撞后，測量A球落點位置到球落點位置到O點的距離點的距離C測量測量A球或球或B球的直徑球的直徑D測量測量A球與球與B球的質量球的質量(或兩球質量之比或兩球質量之比)E測量測量G點相對于水平槽面的高度點相對于水

9、平槽面的高度解析解析(1)用最小的圓將所有點圈在里面，圓心位置即用最小的圓將所有點圈在里面，圓心位置即為落點平均位置，找準平均位置，讀數(shù)時應在刻度尺的為落點平均位置，找準平均位置，讀數(shù)時應在刻度尺的最小刻度后面再估讀一位讀數(shù)為最小刻度后面再估讀一位讀數(shù)為64.7 cm.(2)以平拋時間為時間單位，則平拋的水平距離在數(shù)值上以平拋時間為時間單位，則平拋的水平距離在數(shù)值上等于平拋初速度設等于平拋初速度設A未碰未碰B時時A球的水平位移為球的水平位移為xA，A、B相碰后相碰后A、B兩球的水平位移分別為兩球的水平位移分別為xA、xB，A、B質質量分別為量分別為mA、mB，則碰前，則碰前A的動量可寫成的動量

10、可寫成mAxA，碰后，碰后A、B的總動量為的總動量為mAxAmBxB，要驗證動量是否守恒，即，要驗證動量是否守恒，即驗證以上兩動量是否相等所以該實驗應測量的物理量驗證以上兩動量是否相等所以該實驗應測量的物理量有有mA、mB、xA、xA、xB.答案答案(1)64.7(從從64.2 cm到到65.2 cm的范圍內都正的范圍內都正確確)(2)ABD (2008寧夏高考寧夏高考)某同學利用如圖實某同學利用如圖實5所示的裝置驗證動量守恒定律圖中兩擺所示的裝置驗證動量守恒定律圖中兩擺擺長相同，懸掛于同一高度，擺長相同，懸掛于同一高度，A、B兩擺球均兩擺球均很小，質量之比為很小，質量之比為1 2.當兩擺均處

11、于自由靜當兩擺均處于自由靜止狀態(tài)時，其側面剛好接觸向右上方拉動止狀態(tài)時，其側面剛好接觸向右上方拉動B球使其擺線伸直并與豎直方向成球使其擺線伸直并與豎直方向成45角，角，然后將其由靜止釋放結果觀察到兩擺球粘在一起擺動，然后將其由靜止釋放結果觀察到兩擺球粘在一起擺動，且最大擺角為且最大擺角為30.若本實驗允許的最大誤差為若本實驗允許的最大誤差為4%，此，此實驗是否成功地驗證了動量守恒定律？實驗是否成功地驗證了動量守恒定律？圖實圖實5解析解析設擺球設擺球A、B的質量分別為的質量分別為mA、mB，擺長為，擺長為l，B球的球的初始高度為初始高度為h1，碰撞前，碰撞前B球的速度為球的速度為vB.在不考慮擺線質量的在不考慮擺線質量的情況下，根據(jù)題意及機械能守恒定律得情況下，根據(jù)題意及機械能守恒定律得h1l(1cos45)mBvB2mBgh1設碰撞前、后兩擺球的總動量的大小分別為設碰撞前、后兩擺球的總動量的大小分別為p1、p2.有有p1