实验：验证动量守恒定律

1、实验目的：

    (1)验证两小球碰撞中的动量守恒；

(2)掌握实验操作步骤和所需的实验仪器的性能；

    (3)知道实验注意事项，会进行误差分析，并在实验中尽量减小误差。

2、实验原理：

    质量为m₁和m₂的两个小球发生正碰，若碰前m₁运动，m₂静止，根据动量守恒定律应有m₁v₁ = m₁ + m₂。因小球从斜槽上滚下后做平抛运动，由平抛运动知识可知，只要小球下落的高度相同，在落地前运动的时间就相同，则小球的水平速度若用飞行时间作时间单位，在数值上就等于小球飞出的水平距离．所以只要测出小球的质量及两球碰撞前后飞出的水平距离，代入公式就可验证动量守恒定律。

3、实验器材

    斜槽、大小相等而质量不同的小球两个、重锤线一条、白纸、复写纸、天平一台、刻度尺、游标卡尺、圆规。

4、实验步骤

(1)先用天平测出小球质量m₁、m₂。

(2)用游标卡尺测出小球直径D，那么如图S_oo的距离等于D

 (3) 如图1所示，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水平方向的末端．调节实验装置使两个相碰时处于同一水平高度，且碰撞瞬间，入射球与被碰球的球心联机与轨道末端的切线平行，以确保碰撞后的速度方向水平。

 (4)在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸。

 (5)在白纸上记下重锤线所指的位置O，它表示入射球被碰前的位置，如图( a) 所示。

 (6)先不放被碰小球，让入射球从斜槽上同一高度处自由滚下，重复10次，用圆规画尽可能小的圆，把所有的小球落点围在里面，圆心就是入射球不碰撞时的落地点P。

 (7)把被碰小球放在斜槽末端，让入射小球从同一高度处自由滑下，使它们发生正碰，重复10次，仿步骤(6)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。

(8) 用刻度尺量出线段     、     、    的长度。把两小球的质量和相应的速度数值

代入，看是否成立．

 (9)整理实验器材，放回原处。

5、数据处理

入射球、被碰球都是从同—高度开始做平抛运动，故它们平抛运动的时间都相同，设为t，入射球从斜槽轨道上某—点由静止释放后，落在P点，它平抛运动的起点为斜槽轨道的末端，平抛运动的水平位移为     ，水平速度       ，入射球从斜槽轨道上的同一点由静止释放，与被碰球碰撞后分别落在M、N点，它们的水平速度分别为，

，如果动量守恒，则应有m₁v₁ = m₁ + m₂，亦即          

只要证明这个关系正确，就验证了动量守恒。

6、注意事项

    (1)斜槽末端的切线必须水平。

    (2)入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放。

    (3)入射球质量应大于被碰球的质量。（若入射小球质量太小，可能会造成反弹）

    (4)实验过程中实验桌、斜槽、记录所用自纸的位置要始终保持不变。斜槽末端必须水平，检验方法是把小球放在斜槽末端平轨道上任何位置，看其能否保持静止状态．

7、误差分析

    实验所研究的过程是两个不同质量的金属球发生水平正碰，因此“水平”和“正碰”是操作中应尽量予以满足的前提条件。实验中两球球心高度不在同一水平面上，给实验带来误差．每次静止释放入射球的释放点越高，两球相碰时内力越大，动量守恒的误差越小，应进行多次碰撞，落点取平均位置来确定，以减小偶然误差。本实验代入计算的量并不多，只有小球的质量和碰撞前后两个小球平抛的水平位移，因此质量的测量和水平位移的测量是产生误差的主要原因，应尽量准确。

【考点训练】

1．在做“验证动量守恒定律”实验中，需要用的测量工具有  (    )

    A．秒表    B．毫米刻度尺

    C．天平    D．弹簧秤

2．在“验证碰撞中的动量守恒”实验中，不是产生误差的主要原因(    )

    A．碰撞前入射小球的速度方向、碰撞后入射小球的速度方向和碰撞后被碰小球的速度方向不是绝对沿水平方向

    B．小球在空气中飞行时受到空气阻力

    C．通过复写纸描得的各点，不是理想的点，有一定的大小，从而带来作图上的误差

    D．测量长度时有误差

3．以下说法中正确的是    (    )

      A．在地面上铺白纸前应查看地面是否平整和有无杂物

      B．白纸铺在地上后，在实验的整个过程中都不能移动

      C．复写纸不需要固定在白纸上，测定户点位置时用的复写纸，待到测定M点的位置时，可移到M点使用

      D．复写纸必须用能覆盖整张白纸的大复写纸

4．在“验证动量守恒定律”实验中，下列关于小球落点的说法中，正确的是    (    )

    ①如果小球每次从同一高度无速度释放，重复几次的落点是一定的

    ②由于偶然因素的存在，重复操作时小球落点不重合是正常的，但落点应当比较密集

    ③测定P点位置时，如果重复10次的落点分别为P₁、P₂、P₃、P₄、…、P₁₀，则P应取O P₁、O P₂、O P₃、O P₄、…、O P₁₀的平均值，即OP=

④用半径尽量小的圆把P₁、P₂、P₃、P₄、…、P₁₀，圈住，这个圆的圆心是入射小球落点的平均位置P

A．①③    B．②④

C．①④    D．②③

5．在“验证动量守恒定律”实验中，让质量为m₁的小球从斜面上某处自由滚下，与静止在支柱上质量为m₂的小球发生对心碰撞，则

    (1)两小球质量的关系应满足    (    )

    A．m_l=m₂                 B．m₁>m₂

    C．m_l<m₂                 D．没有限制

    (2)实验必须满足的条件是    (    )

    A．斜槽轨道必须是光滑的

    B．斜槽轨道末端的切线是水平的

    C．入射小球每次都从同一高度由静止滚下

    D．碰撞的瞬间，入射小球与被碰小球的球心连线与斜槽轨道末端的切线相平

(3)实验中必须测量的量是    (    )

      A．小球的质量m₁和m₂     B．小球半径r₁和r₂

      C．桌面离地的高度"        D．小球起始高度

      K．从两球相碰到两球落地的时间

      F．小球m₁单独滚下的水平距离

      G．两小球m₁和m₂相碰后飞出的水平距离

6．某同学利用计算机模拟A、B两球碰撞来验证动量守恒，已知A、B两球质量之比为2：3，用A作入射球，初速度为v₁=1.2m/s，让A球与静止的B球相碰，若规定以v₁的方向为正，则该同学记录碰后的数据中，肯定不合理的是

7．如图7所示，斜槽末端水平，小球m₁从斜槽某一高度由静止滚下，落到水平面上的P点，今在槽口末端放一与m₁半径相同的球m₂(m₁>m₂)，仍让球m₁从同一斜槽高度滚下，并与球m₁正碰后使两球落地，球m₁和m₂的落地点分别是M、N，已知槽口末端在白纸上的投影位置为O点．问：

  (1)若碰撞中动量守恒，应满足的关系式为                  ．

  (2)若m_l=20g，m₂=l0g，=30cm，=10.0cm，=40.0cm，试判断动量是否守恒．

8．本实验入射小球m₁=15g，被碰小球m₂=10g，由实验测得它们在碰撞前后的s—t如图8所示，则入射小球碰撞前的动量是          ，入射小球在碰撞后的动量是         ，被碰小球的动量是          ，由此得出结论            。

9、下图所示，甲、乙游标卡尺的示数分别为            mm，        ＿＿mm。

第二篇：对“验证动量守恒定律”实验的一点探讨