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实验八验证动量守恒定律

基础梳理

一、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′，找出碰撞前的动量p＝m1v1＋m2v2及碰撞后的动量p′＝m1v1′＋m2v2′，验证碰撞前后动量是否守恒．

二、实验方案

实验方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验

[实验器材]

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、橡皮泥等．

[实验步骤]

1．测质量：用天平测出滑块质量．

2．安装：正确安装好气垫导轨．

3．实验：接通电源，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．(①改变滑块的质量．②改变滑块的初速度大小和方向)

4．验证：一维碰撞中的动量守恒．

[数据处理]

1．滑块速度的测量v＝eq\f(Δx,Δt)，式中Δx为滑块遮光片的宽度(仪器说明书上给出，也可直接测量)，Δt为数字计时器显示的滑块(遮光片)经过光电门的时间．

2．验证的表达式：m1v1＋m2v2＝m1v′1＋m2v′2.

实验方案二：利用等长摆球完成一维碰撞实验

[实验器材]

带细线的摆球(两套)、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等．

[实验步骤]

1．测质量：用天平测出两小球的质量m1、m2.

2．安装：把两个等大小球用等长细线悬挂起来．

3．实验：一个小球静止，拉起另一个小球，放下时它们相碰．

4．测速度：可以测量小球被拉起的角度，从而算出碰撞前对应小球的速度，测量碰撞后小球摆起的角度，算出碰撞后对应小球的速度．

5．改变条件：改变碰撞条件，重复实验．

6．验证：一维碰撞中的动量守恒．

[数据处理]

1．摆球速度的测量v＝eq\r(2gh)，式中h为小球释放时(或碰撞后摆起的)高度，h可用刻度尺测量．(也可由量角器和摆长计算出)

2．验证的表达式：m1v1＋m2v2＝m1v′1＋m2v′2.

实验方案三：利用两辆小车完成一维碰撞实验

[实验器材]

光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥．

[实验步骤]

1．测质量：用天平测出两小车的质量．

2．安装：将打点计时器固定在光滑长木板的一端，把纸带穿过打点计时器，连在小车的后面，在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥．

3．实验：接通电源，让小车A运动，小车B静止，两车碰撞时撞针插入橡皮泥中，把两小车连接成一个整体运动．

4．测速度：通过纸带上两计数点间的距离及时间，由v＝eq\f(Δx,Δt)算出速度．

5．改变条件：改变碰撞条件，重复实验．

6．验证：一维碰撞中的动量守恒．

[数据处理]

1．小车速度的测量v＝eq\f(Δx,Δt)，式中Δx是纸带上两计数点间的距离，可用刻度尺测量，Δt为小车经过Δx的时间，可由打点间隔算出．

2．验证的表达式：m1v1＋m2v2＝m1v′1＋m2v′2.

实验方案四：利用斜槽滚球验证动量守恒定律

[实验器材]

斜槽、小球(两个)、天平、复写纸、白纸等．

[实验步骤]

1．测质量：用天平测出两小球的质量，并选定质量大的小球为入射小球．

2．安装：按照如图所示安装实验装置．调整固定斜槽使斜槽底端水平．

3．铺纸：白纸在下，复写纸在上且在适当位置铺放好．记下重垂线所指的位置O.

4．放球找点：不放被撞小球，每次让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下，重复10次．用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面．圆心P就是小球落点的平均位置．

5．碰撞找点：把被撞小球放在斜槽末端，每次让入射小球从斜槽同一高度自由滚下，使它们发生碰撞，重复实验10次．用步骤4的方法标出碰后入射小球落点的平均位置M和被撞小球落点的平均位置N.如图所示．

6．验证：连接ON，测量线段OP、OM、ON的长度．将测量数据填入表中．最后代入m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，看在误差允许的范围内是否成立．

7．结束：整理好实验器材放回原处．

[数据处理]

验证的表达式：m1·OP＝m1·OM＋m2·ON.

三、误差分析

1．系统误差：主要来源于实验器材及实验操作等．

(1)碰撞是否为一维碰撞．

(2)气垫导轨是否完全水平，摆球受到空气阻力，小车受到长木板的摩擦力，入射小球的释放高度存在差异．

2．偶然误差：主要来源于质量m1、m2和碰撞前后速度(或水平射程)的测量．

四、注意事项

1．前提条件：碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”．

2．方案提醒

(1)若利用气垫导轨进行验证，给滑块的初速度应沿着导轨的方向．

(2)若利用摆球进行验证，实验前两摆球应刚好接触且球心在同一水平线上，将摆球拉起后，两摆线应在同一竖直平面内．

(3)若利用两小车相碰进行验证，要注意平衡摩擦力．

(4)若利用平抛运动规律进行验证，安装实验装置时，应注意调整斜槽，使斜槽末端水平，且选质量较大的小球为入射小