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维普资讯 2008年 3月 黔西南民族师范高等专科学校学报 March 2008 第 1期 Journal of Southwest Guizhou Teache~’ College for Nationalities No．1 在竖直方向上验证动量守恒定律的实验及分析 许江勇 (黔西南民族师范高等专科学校， 贵州 兴义 562400) 摘 要：动量守恒定律比牛顿运动定律的适用范围要广泛得多，它是 自然界普遍适用的基本定律 之一。在实验教学中验证动量守恒定律时，实验条件不能单一的控制在空气中气垫导轨水平方向的相 互碰撞 ，应该还要考虑在竖直方向上的碰撞或反冲，拓展和发现验证物理定律的新方法。这在普通物理 学的力热实验教学中具有普遍意义和特殊意义，无论是微观粒子，还是宏观物体，无论是碰撞还是反 冲，最终在很多物理情景中都能用到动量守恒定律来解决问题。即一个系统不受外力或者所受外力之 和为零，这个系统的总动量保持不变。 关键词 ：竖直方向；验证 ；动量守恒；实验 文章编号：1009m0673(2008)01—0103—03 中图分类号：0313．2 文献标识码 ：A 在力学范围内，动量守恒定律是一个独立守恒定律，是以实验为依据总结出来的，适用于任何物体 中的任何情况，即无论物体系由几个物体组成；是高速或是低速；是宏观物体或是微观粒子；物体间相 互作用力可以是任何性质的力或是其他性质未知的力；也适用于任何状态变化的过程，粘合或是分裂； 是同向运动还是反向运动；物体之间是相互接触或是它们隔有一段距离；以及物体相互作用时间长或 是很短促。动量守恒定律只考虑物体系内作用前后的两个状态，不必考虑相互作用的细节。 动量定理研究一个物体受力作用一段时间后，它的动量是怎样变化的问题。两个或多个物体相互 作用时，情况又怎么样呢?如下图所示，把两个质量为M、in的小车静止在光滑的水平木板上，它们之间 装有弹簧 ，并用细线把它们栓在一起，这时总动量为零 。剪断细线后，它们就被弹开而且 向相反的方向 运动。据动量守恒定律得，在相等的时间内M、m运动到某个位置的动量大小是相等的，而方向是相反 的，即动量的矢量和为零。现在 ，把上面的实际情景推广到竖直方向上来验证动量守恒定律。 把原来空气中水平方向上的相互碰撞，换成在空气或水中的一个悬浮系统，在竖直方向上受到的 合外力为零 ，无论在竖直方向上发生碰撞或是反冲，这个系统的动量矢量和为零。下面进行实验探讨， 由于空气的密度比水小，同一个物体在水中受到的浮力比在空气中大，为了便于观察，实验的环境选择 收稿 日期 ：2007—06—28 作者简介：许江勇(1978一)，男，贵州贞丰人，黔西南民族师范高等专科学校物理系助教，主要从事 普通物理教学及实验研究。 · 103 · 维普资讯 2008正 黔西南 民族师范高等专科学校学报 第 1期 在水 中进行。 实验配设到的器材如下： ’ 量筒：02JYlOOml，直径：30．16mm(此量筒的长度比较长，而且筒壁上有均匀刻度线，相邻刻度线距 离比较远，得在它们中间人为的刻一条刻度线，是为了测量准确)。 游标卡尺 ：0—25mm。0．2mm 天平 ：J—E一0103型物理天平 ，500G，20mG 小球 ：2个 (上浮小球，下沉小球) 细线：其质量可以忽略不计 选择好以上器材，用悬浮小球作为研究对象，悬浮小球的直径要远小于量筒口径，用细线把它们连 接起来作为悬浮系统，上浮小球密度要比水的密度稍小，下沉小球密度要比水的稍大。连接细线时应该 穿过两小球的几何中心，然后在量简里注满足量的水，将两个小球连接好后放人量筒并使它们恰好能 悬浮于水中。