力学实验：验证动量守恒定律以及相应的演示实验.docx

力学实验（二）,验证动量守恒定律以及相应的演示实验验证动量守恒定律一、实验目的二、实验原理三、实验器材四、实验装置五、实验步骤六、注意事项实验器材碰撞实验器（斜槽轨道、质量不同而大小相同的两个小瑜、天平（附砝码）刻度尺、重垂线、白纸、复写 纸、圆规、铅笔等。集写纸复写纸注意事项斜槽未端的切线要水平，以保证小球作平抛运动;入射小球的质量要大于被碰球的质量；入射球在斜槽轨道上的释放点每次都相同； 白纸铺好后不能移动。【例1】某同学用如图所示的装置，利用两个大小相同的球做对心碰撞来验证动量守恒定律，图中A8是斜槽，BC 是水平槽，它们连接平滑，0点为重锤线所指的位置。实验时先不放置被碰球2,让球1从斜槽上的某一 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10次。然后将球2置于水 平槽末端，让球1仍从位置G由静止滚下，和球2碰撞。碰后两球分别在记录纸上留下各自的痕迹，重复 10次。实验得到小球的落点的平均位置分别为M、N、P。复写纸 方、白纸 在此实验中，球1的质量为m1,球2的质量为m2,需满足m1 m2（选填“大小”、“小于”或“等于”）。（2分） 被碰球2飞行的水平距离由图中线段表示。（2分） 若实验结果满足m1- ON =，就可以验证碰撞过程中动量守恒。（3分）【例2】某实验小组在进行“验证动量守恒定律”的实验。入射球与被碰球半径相同。 实验装置如下图所示。先不放B球，使A球斜槽上某一固定点C由静止滚下，落到位于水平地面的记录纸上留下痕迹。再把B球静置于水平槽前端边缘处，上A球仍从C处静止滚下，A球和B球碰撞后分 别落在记录纸上留下各自落点的痕迹。记录纸上的O点是垂锤所指的位置，M、P、N分别为落点的痕 迹。未放B球时，A球落地点时记录纸上的 点。（2分） 释放多次后，取各落点位置的平均值，测得各落点痕迹到O点的距离：OM= 13.10cm，OP=21.90cm， ON= 26.04cm。用天平称得入射小球A的质量m1 = 16.8g，被碰小球B的质量m2=5.6g，若将小球质量 与水平位移的乘积作为“动量”，请将下面的数据处理表格填写完整：（6分）0P/ mOM /mON/ m碰前 总动量 /j/kg-m碰后总动量/kg*m相对误差 件| xlOO%9010心6 043.68 Xl(H根据上面表格中的数据处理数据，你认为能得到的结论是：x入射小龄 实验中可以将表达式m v =m v '+my '转化为m s =m s '+m s '来进行验证，其中s、s'、s、s '为小 JL JLJL JL4 4JL JLJL JL4 4JLJL44球平抛的水平位移。可以进行这种转化的依据是。（请选择一个最合适的答案）（2分）A. 小球飞出后的加速度相同B. 小球飞出后，水平方向的速度相同C. 小球在空中水平方向都做匀速直线运动，水平位移与时间成正比D. 小球在空中水平方向都做匀速直线运动，又因为从同一高度平抛，运动时间相同，所以水平位移与 初速度成正比 完成实验后，实验小组对上述装置进行了如下图所示的改变:(I)在木板表面先后钉上白纸和复印纸，并将木板竖直立于靠近槽口处，使小球4从斜槽轨道上某固定点C由静止释放，撞到木板并在白纸上留下痕迹0；(II) 将木板向右平移适当的距离固定，再使小球4从原固定点C由静止释放，撞到木板上得到痕迹P；(III) 把半径相同的小球B静止放在斜槽轨道水平段的最右端，让小球4仍从原固定点由静止开始滚下， 与小球B相碰后，两球撞在木板上得到痕迹M和N；(IV) 用刻度尺测量纸上0点到M、P、N三点的距离分别为七，七，。请你与出用直接测量的物理量来 验证两球碰撞过程中动量守恒的表达式：。(小球4、B的质量分别为m1、m2)(2分)【例3】验证碰撞中的动量守恒为了验证碰撞中的动量守恒和检验两个小球的碰撞是否为弹性碰撞(碰撞过程中没有机械能损失)，某同学 选取了两个体积相同、质量不等的小球，按下述步骤作了如下实验： 用天平测出两个小球的质量分别为m1和m2，且m1>m2o 按照如图所示的那样，安装好实验装置。将斜槽4B固定在桌边，使槽的末端点的切线水平，将一斜面 BC连接在斜槽末端。 先不放小球m2，让小球m1从斜槽顶端4处由静止滚下，记下小球m1在斜面上的落点位置。 将小球m2放在斜槽前端边缘处，让小球m1从斜槽顶端4处由静止滚下，使它们发生碰撞，记下小球 m1和m2在斜面上的落点位置。 用毫米刻度尺量出各个落点位置到斜槽末端点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、LFo根据该同学的实验，回答下列问题：小球mj与m2发生碰撞后，m1的落点是图中的点，m2的落点是图中的点。用测得的物理量来表示，只要满足关系 ，则说明碰撞中动量是守恒的。用测得的物理量来表示，只要再满足关系 ，则说明两小球的碰撞是弹性碰撞。【例4】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0点，0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4点，并使之静止，同时把球2放在立柱上。释放球1， 当它摆到悬点正下方时与球2发生对心碰撞。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。 测出有关数据即可验证1、2两球碰撞时动量守恒。现已测出4点离水平桌面的距离为a。B点离水平桌面 的距离为b，C点与桌子边沿间的水平距离为c。此外：还需要测量的量、和。根据测量的数据，该实验中动量守恒的表达式为。(忽略小球的大小)1. 用如图所示的装置进行“验证动量守恒定律”的实验：先测出可视为质点的两滑块A、B的质量分别为m、M及滑块与桌面间的动摩擦因数比用细线将滑块A、B连接，使A、B间的轻弹簧处于压缩状态，滑块B恰好紧靠桌边。剪断细线，测出滑块B做平抛运动的水平位移，滑块A沿水平桌面滑行距离为x2（未滑出桌面）。为验证动量守恒定律，写出还需测量的物理量及表示它们的字母;如果动量守恒，需要满足的关系式为。2. 某同学利用如图所示的装置验证动量守恒定律。图中两摆摆长相同，悬挂于同一高度，A、B两摆球均 很小，质量之比为1：2。当两摆均处于自由静止状态时，其侧面刚好接触。向右上方拉动B球使其摆 线伸直并与竖直方向成45°角，然后将其由静止释放。结果观察到两摆球粘在一起摆动，且最大摆角成 30°。若本实验允许的最大误差为±4%，此实验是否成功地验证了动量守恒定律？3. 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。点，。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，并使之静止，同时把球2放在立柱上.释放球1，当它摆到悬点正下方时与球2发生对心碰撞。碰 后球1向左最远可摆到B点，球2落到水平地面上的。点。测出有关数据即可验证1、2两球碰撞时动 量守恒。现已测出A点离水平桌面的距离为a.B点离水平桌面的距离为b，。点与桌子边沿间的水平距 离为c。此外：还需要测量的量、和。根据测量的数据，该实验中动量守恒的表达式为。（忽略小球的大小）xueersi学而思网校_答案与解析1.【解析】：弹开后B做平抛运动，为求其弹开后的速度即平抛运动的初速度，必须测量下落高度h。h=h2, =叩1弹开后B做匀减速运动，由动能定理«mgx2=2mv22, v2='%虹由动量守恒定律肱七一mv2=0 即Mx始=小-.12仃2.【答案】：桌面离地高度h Mxj<2h=mRX22.【解析】：设摆球A、B的质量分别为mA、mB，摆长为l, B球的初始高度为«,碰撞前B球的速度为vB。在不考虑摆线质量的情况下，根据题意及机械能守恒定律得h = l(1cos45°)2mBVB2 = mBh1设碰撞前、后两摆球的总动量的大小分别为P、p2。有 P1=mBVB联立式得p1=m.'2gl(1cos45°)同理可得 p2=(mA+mB)x 2gl(1 cos30°)联立式得P2 = m p1mB''1cos30°¥ 1cos45°代入已知条件得(pj2 1.03由此可以推出住冒怜1.4%<4%所以，此实验在规定的范围内验证了动量守恒定律。【答案】：见解析3.【解析】：要验证动量守恒必须知道两球碰撞前后的动量变化，根据弹性球1碰撞前后的高度。和，由机械能 守恒可以求出碰撞前后的速度，故只要再测量弹性球1的质量m1，就能求出弹性球1的动量变化； 根据平抛运动的规律只要测出立柱高h和桌面高H就可以求出弹性球2碰撞前后的速度变化，故只 要测量弹性球2的质量和立柱高h、桌面高H就能求出弹性球2的动量变化。根据的解析可以写出动量守恒的方程为2m/ ah=2mj bh+m?c对H+h【答案】：弹性球1、2的质量m1、m2立柱高h桌面高H(2)2m/ a_h=2m N b_h+m 可 H+h