驗證動量守恒定律的幾種方案

驗證動量守恒定律的幾種方案一、實驗原理在一維碰撞中，測出物體的質(zhì)量m和碰撞前后物體的速度v、v′，找出碰撞前的動量p＝m1v1＋m2v2及碰撞后的動量p′＝m1v1′＋m2v2′，看碰撞前后動量是否守恒．二、具體方案方案一：利用氣墊導(dǎo)軌完成一維碰撞實驗(1)測質(zhì)量：用天平測出滑塊質(zhì)量．(2)安裝：正確安裝好氣墊導(dǎo)軌．(3)實驗：接通電源，利用配套的光電計時裝置測出兩滑塊各種情況下(①改變滑塊的質(zhì)量．②改變滑塊的初速度大小和方向)碰撞前后的速度．(4)驗證：一維碰撞中的動量守恒．例：氣墊導(dǎo)軌是常用的一種實驗儀器,它是利用氣泵使帶孔的導(dǎo)軌與滑塊之間形成氣墊,使滑塊懸浮在導(dǎo)軌上,滑塊在導(dǎo)軌上的運動可視為沒有摩擦.我們可以用帶豎直擋板C和D的氣墊導(dǎo)軌和滑塊A和B驗證動量守恒定律,實驗裝置如圖所示,采用的實驗步驟如下:a.用天平分別測出滑塊A、B的質(zhì)量mA、mB;b.調(diào)整氣墊導(dǎo)軌,使導(dǎo)軌處于水平;c.在A和B間放入一個被壓縮的輕彈簧,用電動卡銷鎖定,靜止放置在氣墊導(dǎo)軌上;d.用刻度尺測出A的左端至C板的距離L1;e.按下電鈕放開卡銷,同時分別記錄滑塊A、B運動時間的計時器開始工作,當A、B滑塊分別碰撞C、D擋板時計時結(jié)束,記下A、B分別到達C、D的運動時間t1和t2.（1）實驗中還應(yīng)測量的物理量及其符號是.（2）利用上述測量的實驗數(shù)據(jù),驗證動量守恒定律的表達式是,上式中算得的A、B兩滑塊的動量大小并不完全相等,產(chǎn)生誤差的原因有（至少答出兩點）.答案A、B兩滑塊被壓縮的彈簧彈開后,在氣墊導(dǎo)軌上運動時可視為勻速運動,因此只要測出A與C的距離L1,B與D的距離L2及A到C,B到D的時間t1和t2.測出兩滑塊的質(zhì)量,就可以用mA=mB驗證動量是否守恒.（1）實驗中還應(yīng)測量的物理量為B與D的距離,符號為L2.（2）驗證動量守恒定律的表達式是mA=mB,產(chǎn)生誤差的原因:①L1、L2、mA、mB的數(shù)據(jù)測量誤差.②沒有考慮彈簧推動滑塊的加速過程.③滑塊并不是標準的勻速直線運動,滑塊與導(dǎo)軌間有少許摩擦力.方案二：利用等長懸線懸掛等大小球完成一維碰撞實驗(1)測質(zhì)量：用天平測出兩小球的質(zhì)量m1、m2.(2)安裝：把兩個等大小球用等長懸線懸掛起來．(3)實驗：一個小球靜止，拉起另一個小球，放下時它們相碰．(4)測速度：可以測量小球被拉起的角度，從而算出碰撞前對應(yīng)小球的速度，測量碰撞后小球擺起的角度，算出碰撞后對應(yīng)小球的速度．(5)改變條件：改變碰撞條件，重復(fù)實驗．(6)驗證：一維碰撞中的動量守恒．例：用如圖所示裝置來驗證動量守恒定律，質(zhì)量為的鋼球B放在小支柱N上，球心離地面高度為H；質(zhì)量為的鋼球A用細線拴好懸掛于O點，當細線被拉直時O點到球心的距離為L，且細線與豎直線之間夾角;球A由靜止釋放，擺到最低點時恰與球B發(fā)生正碰，碰撞后，A球把輕質(zhì)指示針C推移到與豎直夾角為處，B球落到地面上，地面上鋪有一張蓋有復(fù)寫紙的白紙D,用來記錄球B的落點．(1)用圖中所示各個物理量的符號表示碰撞前后兩球A、B的動量（設(shè)兩球A、B碰前的動量分別為、；碰后動量分別為、)，則=;=;=;=。C．小球做平拋運動的射程②圖中O點是小球拋出點在地面上的垂直投影．實驗時，先讓入射球m1多次從斜軌上S位置靜止釋放，找到其平均落地點的位置P，測量平拋射程OP.然后，把被碰小球m2靜置于軌道的水平部分，再將入射球m1從斜軌上S位置靜止釋放，與小球m2相碰，并多次重復(fù)．接下來要完成的必要步驟是________．(填選項前的符號)A．用天平測量兩個小球的質(zhì)量m1、m2B．測量小球m1開始釋放的高度hC．測量拋出點距地面的高度HD．分別找到m1、m2相碰后平均落地點的位置M、NE．測量平拋射程OM、ON③若兩球相碰前后的動量守恒，其表達式可表示為________(用②中測量的量表示)；若碰撞是彈性碰撞，那么還應(yīng)滿足的表達式為__________(用②中測量的量表示)．④經(jīng)測定，m1＝45.0g，m2＝7.5g，小球落地點的平均位置距O點的距離如圖5所示．碰撞前、后m1的動量分別為p1與p1′，則p1∶p1′＝________∶11；若碰撞結(jié)束時m2的動量為p2′，則p1′∶p2′＝11∶________.圖5實驗結(jié)果說明，碰撞前、后總動量的比值eq\f(p1,p1′＋p2′)為________．⑤有同學(xué)認為，在上述實驗中僅更換兩個小球的材質(zhì)，其他條件不變，可以使被碰小球做平拋運動的射程增大，請你用④中已知的數(shù)據(jù)，分析和計算出被碰小球m2平拋運動射程ON的最大值為________cm.三、注意事項1．前提條件：碰撞的兩物體應(yīng)保證“水平”和“正碰”．2．方案提醒(1)若利用氣墊導(dǎo)軌進行實驗，調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時，注意利用水平儀確保導(dǎo)軌水平．(2)若利用擺球進行實驗，兩小球靜放時球心應(yīng)在同一水平線上，用等長懸線懸掛后兩小球剛好接觸，擺線豎直，將小球拉起后，兩條擺線應(yīng)在同一