高二物理驗證碰撞中的動量守恒

1、實驗 驗證碰撞中的動量守恒一、 實驗目標1研究碰撞（對心正碰）中的動量守恒2培養(yǎng)學生的動手實驗能力和探索精神二、 實驗器材斜槽軌道（或J2135-1型碰撞實驗器）、入射小球m1和被碰小球m2、天平（附砝碼一套）、游標卡尺、毫米刻度尺、白紙、復寫紙、圓規(guī)、小鉛錘點撥選球時應保證入射球質(zhì)量m1大于被碰小球質(zhì)量m2，即m1>m2，避免兩球落點太近而難找落地點，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，以免影響球的運動。三、實驗原理由于入

2、射球和被碰小球碰撞前后均由同一高度飛出做平拋運動，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。m1m2PMN0點撥如圖所示，根據(jù)平拋運動性質(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為被碰小球拋射點在水平紙面上的投影，顯然明確上述表示方法是實驗成功的關鍵。于是，上述動量關系可表示為：m1·OP=

3、 m1·OM+m2·(ON2r)，通過實驗驗證該結論是否成立。四、 實驗步驟（1） 將斜槽固定在桌邊使末端點的切線水平。（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的位置鋪上復寫紙。（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。（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寫紙上，用圓規(guī)找出落點的平均位置P點。（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)量記入下表，

4、游標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?，重復上述實驗步驟，再做一次。點撥重做實驗時，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，致使落地點超越原地白紙；過低會使碰撞前后速度偏小，使落地點彼此靠近分不清，測量兩球的水平位移分度不大。五、 實驗記錄 入射球  r1= (m),  m1= （kg） 被碰球 r2  = (m),  m2= （kg）實驗次數(shù)入射球(m1)

5、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、實驗注意事項點撥表格中每一次實驗數(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。易混點入射球的平拋坐標原點“O”與上一個實驗“研究平拋物體的運動”的坐標原點O，確定方法混淆。易錯點兩球碰撞前后的速度值是哪一段對應的水平位移數(shù)值表示分辯不清。易忘點碰撞成功的條件m1>m2；落地點要取多次的平均位置。七、實驗結論從實驗表格中的數(shù)據(jù)計算表明，在誤差范圍內(nèi)入

6、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；兩小球的半徑對應為r1、r2，且r1< r2。斜槽軌道的摩擦可忽略不計，本實驗應怎樣做？2、實驗中發(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、難做到準確的正碰，難得到準確的平拋。c、O、O、P、M、N各點定位不準確。d、測量和作圖有偏差

7、。e、儀器和重復實驗操作不一定一致（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、你能設計出更好的實驗裝置，盡量減小實驗誤差，來完成該實驗嗎？4、在驗證動量守恒定律的實驗中，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、實驗時，小球的落點分別如右圖的、點，應該比較下列哪兩組