实验验证动量守恒定律.ppt
第2讲 实验：验证动量守恒定律,1、实验原理：在一维碰撞中，测出物体的质量 m 和碰撞前后物体的速度 v、v，算出碰撞前的动量 pm1v1m2v2 及碰撞后的动量 pm1v1m2v2，即可验证碰撞前后动量是否守恒。2、实验方案：实验需测量物体质量和速度，质量可用天平直接测量，测速度的方案有：,(1)利用平抛运动测速度。利用平抛运动下落高度相同时，水平速度与水平距离成正比此方案所用器材是斜槽、大小相等质量不同的小钢球两个、重垂线一条、白纸、复写纸、天平、刻度尺、圆规、三角板。,(2)利用光电门测速度，利用配套的光电计时装置测出两滑块各种情况下碰撞前后的速度此方案所用器材是气垫导轨、光电计时器、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。,3、利用平抛运动测速度的实验原理：,(1)质量分别为 m1 和 m2 的两小球发生正碰，若碰前m1 运动，m2 静止，根据动量守恒定律应有：m1v1m1v1m2v2。,4、利用平抛运动测速度的实验步骤：(1)先用天平测出小钢球质量 m1、m2。,(2)按要求安装好实验装置，将斜槽固定在桌边，使槽的末端点切线水平，把被碰小球放在斜槽前边的小支柱上，调节实验装置使两小球碰撞时处于同一水平高度，确保碰撞后的速度方向水平。,(3)在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸。,(4)在白纸上记下重垂线所指的位置 O，它表示入射小球 m1碰前的球心位置。,(5)先不放被碰小球，让入射小球从斜槽上同一高度处滚下，重复 10 次，用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面，圆心就是入射小球不碰时的落地点平均位置 P。,(6)把被碰小球放在小支柱上，让入射小球从同一高度滚下，使它们发生正碰，重复 10 次，仿步骤(5)求出入射小球落点的平均位置 M 和被碰小球落点的平均位置 N。,(7)过 O、N 在纸上作一直线，取 OO2r，O就是被碰小球碰撞时的球心竖直投影的位置。,(9)整理实验器材放回原处。,5、利用平抛运动测速度实验注意事项：(1)斜槽末端必须水平。,(2)入射小球每次都必须从斜槽上同一高度滚下。(3)白纸铺好后不能移动。,(4)入射小球的质量应大于被碰小球的质量，即 m1m2，且r1r2r。,1、(单选)在做“验证碰撞中的动量守恒”的实验时，必须测量的物理量有(),入射小球和被碰小球的质量入射小球和被碰小球的半径入射小球从斜槽上由静止释放时的起始高度斜槽轨道的末端到地面的高度从相碰到落地的时间入射小球未与另一小球碰撞时飞出的水平距离入射小球和被碰小球碰撞时飞出的水平距离,AC,BD,针对训练,错解分析：验证动量守恒定律要得到两小球的质量和碰撞前后的速度，故需要得到小球做平抛运动的时间或离地面的垂直高度，所以选择了含有的答案正确解析：由平抛运动的知识可知，两小球到地面的垂直距离都相等，所以做平抛运动的时间都相等，故只需测量其飞出的水平距离及两小球的质量，即可验证动量是否守恒 D 正确,2、如图所示为实验室中验证动量守恒的实验装置示意图。,(1)若入射小球质量为 m1，半径为 r1；被碰小球质量为 m2，半径为 r2，则（）,Am1m2，r1r2Cm1m2，r1r2,Bm1m2，r1r2Dm1m2，r1r2,(2)为完成此实验，以下所提供的测量工具中必需的是：_。(填下列对应的字母),A直尺C天平,B游标卡尺D秒表,(3)设入射小球的质量为 m1，被碰小球的质量为 m2，P 为碰前入射小球落点的平均位置，则关系式(用 m1、m2 及图中字母表示)_成立，即表示碰撞中动量守恒。,3、某同学用图 623 甲中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。图中 PQ 是斜槽，QR 为水平槽。实验时先使 A 球从斜槽上某一固定位置 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。重复上述操作10 次，得到 10 个落点痕迹再把 B 球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让 A 球仍从位置 G 由静止开始滚下，和 B 球碰撞后，A、B 球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹。重复这种操作 10次，实验图中 O 点是水平槽末端 R 在记录纸上的垂直投影点。B 球落点痕迹如图乙所示，其中米尺水平放置，且平行于 G、R、O 所在的平面，米尺的零点与 O 点对齐。,甲,乙,(1)碰撞后 B 球的水平射程应取为_。(2)在以下选项中，哪些是本次实验必须进行的测量？答：_(填选项号)。,图 623,64.664.8,A、水平槽上未放 B 球时，测量 A 球落点位置到 O 点的距离B、A 球与 B 球碰撞后，测量 A 球落点位置到 O 点的距离C、测量 A 球或 B 球的直径D、测量 A 球和 B 球的质量(或两球质量之比)E、测量 G 点相对水平槽面的高度,答案：（1）64.664.8,（2）A、B、D,解：(1)将 10 个点圈在内的最小圆的圆心作为落点平均位置，可由刻度尺测得碰撞后 B 球的水平射程为 64.7，因最后一位数字为估计值，所以允许误差0.1，因此 64.6 和 64.8 也是正确的。,(2)从同一高度做平抛运动的物体飞行时间 t 相同，所以需要测出的量有：sA为不碰时 A 球的水平射程，sA为碰后 A 球的水平射程，sB为 B 球碰后的水平射程，mA、mB 的大小或 mA/mB的值。选项是必要的。,4、(2009 年四川卷)气垫导轨(如图 624 甲)工作时，空气从导轨表面的小孔喷出，在导轨表面和滑块内表面之间形成一层薄薄的空气层，使滑块不与导轨表面直接接触，大大减小了滑块运动时的阻力为了验证动量守恒定律，在水平气垫导轨上放置两个质量均为 a 的滑块，每个滑块的一端分别与穿过打点计时器的纸带相连，两个打点计时器所用电源的频率均为 b。气垫导轨正常工作后，接通两个打点计时器的电源，并让两滑块以不同的速度相向运动，两滑块相碰后粘在一起继续运动。图乙为某次实验打出的碰撞前、后点迹清晰的纸带的一部分，在纸带上以同间距的 6 个连续点为一段划分纸带，用刻度尺分别量出其长度 s1、s2 和 s3。若题中各物理量的单位均为国际单位，那么，,碰撞前两滑块的动量大小分别为_，_，两滑块的总动量大小为_；碰撞后两滑块的总动量大小为_。重复上述实验，多做几次。若碰撞前、后两滑块的总动量在实验误差允许的范围内相等，则动量守恒定律得到验证。,图 624,5、(2010 年珠海二模)如图 625 所示，某同学利用半径相同、质量较小的 A 球和质量较大的 B 球来探究动量守恒定律，图中 QR 为水平槽。实验时，他让 A 球从斜槽上某一固定位置 G由静止滚下，落到位于水平地面的记录纸上留下痕迹，重复上述操作 10 次；再把 B 球放在水平槽末端，让 A 球仍从位置 G由静止滚下，和 B 球碰撞后，A、B 球分别在记录纸上留下各自落点的痕迹，重复操作 10 次。图中的 O 点是水平槽末端的垂直投影点。用天平称量出两球的质量，用米尺测量出各球落点的平均位置到 O 点的距离，如下表：,图 625,(1)根据表中的数据分析可得：M 点是 B 球的落点，则 N 点是 A 球在_的落点，P 点是 A 球在_的落点。(填“碰撞前”或“碰撞后”),碰撞后,碰撞前,(2)取小球做平抛运动的时间为单位时间，用 mA、mB 和图中字母表示碰撞前的总动量 p1_，碰撞后的总动量p2_.(3)将表中数据代入发现 p1_p2(填“大于”、“等于”或“小于”)，其主要原因是：_。,答案：(1)碰撞后，碰撞前；,6、(双选)如图所示为实验室中验证动量守恒的实验装置示意图。为完成此实验，以下所提供的测量工具中必需的是（）,A直尺,B游标卡尺,C天平,D秒表,
