探究實(shí)驗(yàn)：碰撞實(shí)驗(yàn)器法驗(yàn)證動量守恒定律.doc

碰撞實(shí)驗(yàn)器法驗(yàn)證動量守恒定律【目的和要求】通過兩球作對心碰撞后做平拋運(yùn)動來驗(yàn)證動量守恒定律，理解利用“等效”觀念簡化實(shí)驗(yàn)測定的設(shè)計(jì)思想?！緝x器和器材】鋼質(zhì)入射球（質(zhì)量約4550克），電木制靶球（質(zhì)量約78克、半徑與入射球相同）、天平（托盤天平或?qū)W生天平），碰撞實(shí)驗(yàn)器（J2135型），木板，白紙，復(fù)寫紙，直尺?！緦?shí)驗(yàn)方法】1把碰撞實(shí)驗(yàn)器裝在桌邊，如圖232。把入射球放在導(dǎo)軌的下段，微轉(zhuǎn)導(dǎo)軌，使入射球在其上面能靜止，然后緊固水平調(diào)節(jié)螺釘。把一塊木板放在導(dǎo)軌前方地面上，在其上面鋪好白紙并用圖釘釘住。2放倒支球柱，讓入射球從定位板處由靜止開始滾下，觀察球在紙面上的落點(diǎn)位置。然后在該處鋪上復(fù)寫紙，重新讓入射球做平拋運(yùn)動五次以上，每次都應(yīng)從定位板處放開入射球。在各落球點(diǎn)附近畫一圓，使所有落點(diǎn)都恰好圍在此圓中，以此圓的圓心作為入射球的平均落點(diǎn)P。轉(zhuǎn)動放線軸手柄，使重錘懸線從端面的“V”形缺口垂下，在紙面上標(biāo)出錘尖的投影點(diǎn)O，這就是碰撞時(shí)入射球的球心在紙上的垂直投影，OP線段即為入射球在沒有發(fā)生碰撞時(shí)飛出的水平距離S1。在紙面上畫出過O、P的直線。3扶起支球柱，放上靶球，調(diào)節(jié)支柱的位置，使入射球和靶球的球心連線與導(dǎo)軌水平部分平行（即球等高，且球心連線與入射球入射速度方向一致），當(dāng)入射球球心在導(dǎo)軌下邊沿時(shí)，兩球剛好接觸。然后緊固支球柱，讓入射球從定位板處自由滾下，觀察兩球碰后的落點(diǎn)，然后在落點(diǎn)附近鋪上復(fù)寫紙。重復(fù)兩球碰后做平拋運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)一次。揭開復(fù)寫紙，看兩球落點(diǎn)是否在紙上過O、P的連線附近。若落點(diǎn)偏離此線兩厘米以上，則需重新細(xì)調(diào)支球柱的位置。再做兩球碰撞的實(shí)驗(yàn)五次以上。注意每次入射球都要從擋板處開始運(yùn)動。像步驟2那樣確定兩球的平均落點(diǎn)M和N。4用天平分別稱出兩球質(zhì)量，用游標(biāo)卡尺量出兩球半徑r（若有微小差別，可取平均值）。在紙上在O、P的連線上作距O為2r的O點(diǎn)，則OM為入射球碰撞后飛出的水平距離S1，ON為靶球飛出的水平距離S2用尺測出S1、S1、S2比較m1S1和m1S1m2S2，看在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)是否相等。利用本實(shí)驗(yàn)裝置，也可以驗(yàn)證在完全非彈性正碰撞中動量守恒。只需在靶球上靠碰撞點(diǎn)一側(cè)貼厚約23毫米的橡皮泥即可。實(shí)驗(yàn)操作及注意事項(xiàng)與上面完全相同。要特別注意調(diào)節(jié)支球柱的位置，否則可能會因斜碰而造成兩球碰后分離。設(shè)兩球碰后水平距離為S，則S應(yīng)從圖332中OO的中點(diǎn)計(jì)起（為什么？）2利用本實(shí)驗(yàn)裝置，還可以研究動量守恒的條件，即系統(tǒng)受的合外力不為零時(shí)，系統(tǒng)的動量不守恒。實(shí)驗(yàn)時(shí)，用橡皮泥把靶球粘在支球柱上，然后按上述實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。結(jié)果將會發(fā)現(xiàn)，m1S1m1S1m2S2，這是由于橡皮泥粘力的沖量所減少的系統(tǒng)的動量已不能忽略不計(jì)，動量守恒的條件不滿足的結(jié)果?！咀⒁馐马?xiàng)】1正確調(diào)節(jié)好支球柱的位置，使碰撞后的平均落點(diǎn)在O、P的連線附近，是做好本實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵。特別是兩球球心如果不是一樣高，碰撞后一個(gè)做斜上拋運(yùn)動，一個(gè)做斜下拋運(yùn)動，則會帶來較大的誤差。如果球心一樣高，球心連線不完全與入射速度一致或球本身的缺陷，使碰撞不是正碰，這時(shí)只要從落點(diǎn)M、N向過O、P的連線作垂線，與OP相交于M和N，則把OM作為S1，ON作為S2，也可以比較好地驗(yàn)證定律。這是因?yàn)閺睦碚撋峡芍贠P方向上動量應(yīng)該守恒。2實(shí)驗(yàn)過程中，不能移動木板，否則實(shí)驗(yàn)只能從頭開始重新做。3入射球的初始高度不可過低，否則飛出的水平距離過小，會增大測量誤差?！舅伎碱}】1本實(shí)驗(yàn)中，如果用質(zhì)量小的電木球作入射球，鋼球作靶球可不可以？請實(shí)踐一下，并分析現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。如果入射球和靶球都用相同質(zhì)量的鋼球可不可以？請實(shí)踐一下。2如果實(shí)驗(yàn)時(shí)，支球柱