第一节验证动量守恒定律实验(探究)

第一节 验证动量守恒定律实验（探究）

一、实验目的：

1、研究一维碰撞（对心正碰）中的动量守恒 2、培养学生的动手实验能力和探索精神 二、实验原理：

在一维碰撞的情况下，设两个物体的质量分别为m1、m2，碰撞前它们速度分别为v1、v2，碰撞后的速度分别为v1、v2．且系统所受外力的矢量和为0，只要验证

m2v2，就可判断碰撞前后动量守恒。 m1v1m2v2m1v1三、实验方案：

A方案1：.利用气垫导轨实现两个滑块一维碰撞

（一）、实验器材：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块（两个）、弹簧、细绳等 (二)、实验过程：

1. 测质量：用天平测出滑块的质量 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器测出两个滑块各种情况下碰撞前后的速度 （改变滑块的质量、改变滑块初速度的大小、方向）

速度的测量方法：如图所示，图中滑块上红色部分为挡光板，挡光板有一定的宽度，设为L．气垫导轨上黄色框架上安装有光控开关，并与计时装置相连，构成光电计时装置．

当挡光板穿入时，将光挡住开始计时，穿过后不再挡光则停止计时，设记录的时间为t，则滑块相当于在L的位移上运动了时间t，所以滑块匀速运动的速度v=L/t． 4. 验证一维碰撞中的动量守恒

例题1： 如图所示，在实验室用两端带竖直挡板C、D的气垫导轨和有固定挡板的质量都是M的滑块A、B，做探究碰撞中不变量的实验：

(1)把两滑块A和B紧贴在一起，在A上放质量为m的砝码，置于导轨上，用电动卡销卡住A和B，在与A和B的固定挡板间放一弹簧，使弹簧处于水平方向上的压缩状态。

(2)按下电钮使电动卡销放开，同时起动两个记录两滑块运动时间的电子计时器，当A和B与挡板C和D碰撞同时，电子计时器自动停表，记下A至C运动时间t1，B至D运动时间t2。 (3)重复几次取t1，t2的平均值。 请回答以下几个问题：

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第十章 动量守恒定律 撰稿人：廖启海 审查人：____________

①在调整气垫导轨时应注意 ； ②应测量的数据还有 ；

③作用前A、B两滑块速度与质量乘积之和为 ，作用后A、B两滑块速度与质量乘积之和为 。

B方案2：.利用等长悬线悬挂大小相等的小球实现一维碰撞

（一）、实验器材：带细线的两个相同小球、天平、铁架台、量角器等

(二)、实验过程：

1. 测质量：用天平测出两个小球的质量

2．安装：把两个大小相等的小球用等长悬线悬挂起来

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使其摆线伸直与竖直方向的夹角，从而计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

例题2：在课本参考案例(二)中，下列说法正确的是( ) A．悬挂两球的细绳长度要适当，且等长

B．由静止释放小球以便较准确地计算小球碰前的速度 C．两小球必须都是钢性球，且质量相同 D．两小球碰后可以粘合在一起共同运动

C方案3：.利用小车在光滑水平面上碰撞另一个静止的小车实现一维碰撞

（一）、实验器材： 小车两个、打点计时器、纸带、橡皮泥、天平、撞针等

(二)、实验过程：

1. 测质量：用天平测出两个小球的质量

2．安装： 将打点计时器固定在光滑桌面的一端，把纸带穿过打点计时器，连在小车A的后面，让小车A运动，小车B静止，在两个小车的碰撞端分别装上碰撞针和橡皮泥 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：可以通过纸带测出两个小车碰撞前后的速度 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

例3．某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞过程中不变量的实验：在小车A的前端粘有橡皮泥，推动小车A使之做匀速运动．然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体，继续做匀速运动，他设计的具体装置如图所示．在小车A后连着纸带，

电磁打点计时器电源频率为50Hz，长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力．

(1)若已得到打点纸带如图所示，并将测得的各计数点间距离标在图上，A点是运动起始的第一点，则应选________段来计算A的碰前速度，应选_______段来计算A和B碰后的共

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第十章 动量守恒定律 撰稿人：廖启海 审查人：____________

同速度(以上两格填“AB’’或“BC\"或“CD\"或\"DE”)．

(2)已测得小车A的质量m1=0．40kg，小车B的质量m2=0．20kg，由以上测量结果可得：碰前mAvA+mBvB=_____kg·m／s；碰后mAvA’+mBvB’=______kg·m／s．并比较碰撞前后两个小车质量与速度的乘积之和是否相等．

D方案4：.利用斜槽滚下的小球碰撞另一个小球实现一维碰撞

（一）、实验器材： 斜槽 小球 平抛装置等

(二)、实验过程：

1. 测质量：用天平测出两个小球的质量，并选质量大的小球为入射小球

2．安装： 将斜槽安装在水平桌面上，并调整斜槽使其底端水平，在地面上铺上白纸，上面再铺好复写纸，记下重锤线所指的位置o。 3. 实验：（1）不放被撞小球，让入射小球从斜槽上某固定位置处自由滚下。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。（2）把被撞小球放在斜槽末端，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(1)中的方法，标出入射小球发生碰撞后的落点的平均位置M和被撞小球落点的平均位置N。（3） 验证一维碰撞中的动量守恒 连接O，N.测量线段OP,OM,ON的长度，将测量数据代入公式m1 OP=m1 OM + m2 ON,看在误差允许的范围内是否成立。

O

M P N

例4．某同学用图甲所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来寻找碰撞中的不变量，图中PQ是斜槽，QR为水平槽，实验时先使A球从斜槽上某一固定位置C由静止开始滚下，落到位于水平地面的记录纸上，留下痕迹，重复上述操作10次，得到10个落点痕迹，再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让A球仍从位置C由静止开始滚下，和B球碰撞后，A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹，重复这种操作10次，图中O是水平槽末端口在记录纸上的垂直投影点，P，为未放被碰小球B时A球的平均落点，M为与B球碰后A球的平均落点，N为被碰球B的平均落点．若B球落点痕迹如图乙所示，其中米尺水平放置，且平行于OP，，米尺的零点与O点对齐．(注意MA>MB) (1)碰撞后B球的水平射程应为_______cm

(2)在以下选项中，哪些是本次实验必须进行的测量? 答：_________ (填选项号)． A．水平槽上未放B球时，测量A球落点位置到O点的距离 B．A球与B球碰撞后，测量A球落点位置到O点的距离 C．测量A球或B球的直径 D．测量A球和B球的质量

E．测量G点相对于水平槽面的高度

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第十章 动量守恒定律 撰稿人：廖启海 审查人：____________

自我测试

1．某同学把两块大小不同的木块用细线连接，中间夹一被压缩了的弹簧，如图实－7－6所示，将这一系统置于光滑的水平桌面上，烧断细线，观察木块的运动情况，进行必要的测量，验证木块间相互作用时动量守恒．

图实－7－6

(1)该同学还必须有的器材是________________. (2)需要直接测量的数据是________________．

(3)用所得数据验证动量守恒的关系式是__________________________________．

2．某同学设计了一个用打点计时器做“验证动量守恒定律”的实验：在小车A的前端粘有橡皮泥，推动小车A使之做匀速运动，然后与原来静止的小车B相碰并粘合成一体，继续做匀速运动．他设计的具体装置如图实－7－8所示，在小车后连接着纸带，电磁打点计时器使用的电源频率为50 Hz，长木板垫着小木片以平衡摩擦力．

图实－7－8

(1)若已得到打点纸带如图实－7－9所示，并测得各计数点间距(标在图上)．A为运动 起点，则应该选择________段来计算A碰前的速度，应选择________段来计算A和B 碰后的共同速度．(以上空格选填“AB”、“BC”、“CD”、“DE”)

图实－7－9

(2)已测得小车A的质量m1＝0.40 kg，小车B的质量m2＝0.20 kg，由以上测量结果可 得碰前m1v0＝________ kg·m/s；碰后(m1＋m2)v共＝________ kg·m/s.

由此得出结论________________________________________________________．

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