一、实验目的探究碰撞中的不变量．二、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＝m1v1′＋m2v2′.因小球从斜槽上滚下后做平抛运动，由平抛运动知识可知，图实－
15－1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后和不发生碰撞时飞出的水平距离，代入公式就可验证动量守恒定律．即m1O
P＝m1OM＋m2ON，式中OP、OM和ON的意义如图实－15－1所示．三、实验器材斜槽，两个大小相等、质
量不同的小球，重垂线，复写纸，白纸，天平，刻度尺，圆规，三角板等．四、实验操作方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验
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．方
案二：利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验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．方案三：在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验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，把两小车连接成一体一起运动．
4．测速度：通过纸带上两计数点间的距离及时间，由v＝算出速度．5．改变条件：改变碰撞条件，重复实验．6．验证：一维
碰撞中的动量守恒方案四：利用等大小球做平抛运动完成一维碰撞实验1．先用天平测出小球质量m1、m2.2．按图实－15－
2所示那样安装好实验装置，将斜槽固定在桌边，使槽的末端点切线水平，调节实验装置使两小球碰时处于
同一水平高度，且碰撞瞬间入射小球与被碰小球的球心连线与轨道末端的切线平行，以确保正碰后的速度
方向水平．3．在地上铺一张白纸，在白纸上铺放复写纸．4．在白纸上记下重垂线所指的位置O，它表示入射球m1碰前的位置．
5．先不放被碰小球，让入射小球从斜槽上同一高度处滚下，重复10次，用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面，圆
心就是入射小球发生碰撞前的落地点P.6．把被碰小球放在斜槽的末端，让入射小球从同一高度滚下，使它发生正碰，重复10次，仿
步骤5求出入射小球落地点的平均位置M和被碰小球落地点的平均位置N.7．过O和N在纸上作一直线．8．用刻度尺量出线段OM
、OP、ON的长度．把两小球的质量和相应的数值代入m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，看是否成立．9．整理实验器材放回原
处．五、注意事项1．入射小球m1和被碰小球m2大小应完全相同，且m1＞m2.2．入射小球每次都必须从斜槽上同一高度处由静止滚
下．3．斜槽末端切线方向必须水平．4．两球碰撞时，球心等高或在同一水平线上．六、误差分析实验中发现碰撞后
系统(m1、m2)水平方向的总动量小于碰撞前系统水平方向的总动量，误差主要来源于：1．难做到准确的正碰，则误差较大；斜槽末端若不
水平，则得不到准确的平抛运动而造成误差．2．O、P、M、N各点定位不准确，测量和作图有偏差．
某同学用图实－15－3所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来验证动量守恒定律．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G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G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．图实－15－3中O点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点．B球落点痕迹如图实－15－4所示，其中米尺水平放置，且
平行于G、R、O所在的平面，米尺的零点与O点对齐．(1)碰撞后B球的水平射程应取为________cm.(2)在以下选项中，哪
些是本次实验必须进行的测量？______________(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球与B球的质量(或两球质量之比)E．测量G点
相对于水平槽面的高度[解析](1)用最小的圆将所有点圈在里面，圆心位置即为落点平均位置，找准平均位置，读数时应在刻度尺的最小刻
度后面再估读一位．读数为64.7cm.(2)以平抛时间为时间单位，则平抛的水平距离在数值上等于平抛初速度．设A未碰B时A球的水
平位移为xA，A、B相碰后A、B两球的水平位移分别为xA′、xB′，A、B质量分别为mA、mB，则碰前A的动量可写成mAxA，碰
后A、B的总动量为mAxA′＋mBxB′，要验证动量是否守恒，即验证以上两动量是否相等．所以该实验应测量的物理量有mA、mB、xA
、xA′、xB′.[答案](1)64.7(从64.2cm到65.2cm的范围内都正确)(2)ABD
(2008·宁夏高考)某同学利用如图实－15－5所示的装置验证动量守恒定律．图中两摆摆长相同，悬挂于同一高度，A、
B两摆球均很小，质量之比为1∶2.当两摆均处于自由静止状态时，其侧面刚好接触．向右上方拉动B球使其摆线伸直并与竖直方向成45
°角，然后将其由静止释放．结果观察到两摆球粘在一起摆动，且最大摆角为30°.若本实验允许的最大误差为±4%，此实验是否成功地验证
了动量守恒定律？图实－15－5[解析]设摆球A、B的质量分别为mA、mB，摆长为l，B球的初始高度为h1，碰撞前B球的速度
为vB.在不考虑摆线质量的情况下，根据题意及机械能守恒定律得h1＝l(1－cos45°) ①mBvB2＝m
Bgh1 ②设碰撞前、
后两摆球的总动量的大小分别为p1、p2.有p1＝mBvB ③联立①②③式得p1＝mB ④同理可得p2＝(mA＋mB) ⑤ 联立④⑤式得＝ ⑥代入已知条件得()2≈1.03由此可以推出≈1.4%<4%所以，此实验在误差允许的范围内验证了动量守恒定律．[答案]此实验在误差允许的范围内验证了动量守恒定律 |
|
