验证动量守恒定律

验证动量守恒定律

验证动量守恒定律

【实验目的】 实验目的】利用平抛运动验证动量守恒

【实验器材】 实验器材】天平、刻度尺、游标卡尺( 天平、刻度尺、游标卡尺(测小球 直径)、碰撞实验器、复写纸、白纸、 )、碰撞实验器 直径)、碰撞实验器、复写纸、白纸、 重锤、 重锤、两个直径相同质量不同的小球

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装置m1 说明： 说明： m1 为入射小球， m2 为被碰小球。 且m1>m2 m2

o’

验证动量守恒定律的实验装置

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验证动量守恒定律

实验原理1、两小球在水平方向发生正碰,水平方向合外力为零, 两小球在水平方向发生正碰,水平方向合外力为零, 动量守恒。 动量守恒。

mAvA=mAvA′+mBvB′

2、本实验在误差允许的范围内验证上式成立。两小球 本实验在误差允许的范围内验证上式成立。 碰撞后均作平抛运动, 碰撞后均作平抛运动,用水平射程间接表示小球平抛的 平抛运动 初速度： 初速度： OP----mA以vA平抛时的水平射程 OP----m ---OM-------m OM----mA以vA’平抛时的水平射程 ----m O′N----mB以vB ’平抛时的水平射程

验证的表达式：mAOP=mAOM+mBO’N

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实验测量 测量的物理量： 测量的物理量： a.用天平测两球质量mA、mB 用天平测两球质量m b.用游标卡尺测两球的直径D, 用游标卡尺测两球的直径D 并计算半径r 并计算半径r。 c.水平射程：OP、OM、ON 水平射程：OP、OM、

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实验步骤天平测量出两个小球的质量 出两个小球的质量m ①、先用天平测量出两个小球的质量mA、mB。 ②、安装好实验装置,注意使实验器的斜槽末端点的切 安装好实验装置,注意使实验器的斜槽末端点的 斜槽末端点 线水平。把被碰球放在斜槽前的支柱上, 线水平。把被碰球放在斜槽前的支柱上,调节实验装置 两球处于同一高度, 使两球处于同一高度,且两球的球心和槽轴线在一直线 上,两球心间的距离即为槽和支柱间的距离。垫木板和 两球心间的距离即为槽和支柱间的距离。 白纸时,要使木板水平。 白纸时,要使木板水平。 木板水平 用重锤线准确地标绘出槽口中心的 竖直投影点 。 从而确定0 竖直投影点O。 从而确定 ·点位置 投影点

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实验步骤 ③、先不放被碰球B,让入射球A从斜槽上同一高 先不放被碰球B,让入射球A B,让入射球 度处滚下,重复5 10次 度处滚下,重复5~10次, 用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落点 都圈在里面,该小圆的圆心, 都圈在里面,该小圆的圆心,就是入射球的落地点

P。

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实验步骤 ④、把被碰小球B放在支柱上,让入射小球A从同 把被碰小球B放在支柱上,让入射小球A 一高度滚下,使它们发生正碰,重复5 10次 一高度滚下,使它们发生正碰,重复5~10次,仿步 骤③,求出入射小球A的平均落点M和被碰小球B的 求出入射小

球A 平均落点M和被碰小球B 平均落点N 平均落点N。 ⑤、过O、N在纸上作直线,取OO'=2r,O'即为被 在纸上作直线, OO'=2r,O'即为被 碰球被碰时球心投影位置。 碰球被碰时球心投影位置。

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实验步骤 ⑥、用刻度尺量OM、OP、O'N的长度。把两小 用刻度尺量OM、OP、O'N的长度。 OM 的长度 球的质量和相应的“速度数值" 球的质量和相应的“速度数值"代入表达式看 是否成立: 是否成立: 验证的表达式：mAOP=mAOM+mBO’N ⑦、整理实验器材，放回原处。 整理实验器材，放回原处。

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m1

O

O’N P M

只有入射小球从固定点下落时的情况

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m1

m2

O

O’ N P M

碰撞时的动态过程

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m1

m2

O

O’ N P M

碰撞时的轨迹示意图

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【数据处理】由于v 均为水平方向，且它们的竖直下落高度都相等， 由于 1、v1/、v2/均为水平方向，且它们的竖直下落高度都相等，所 以它们飞行时间也相等，若以该时间为时间单位， 以它们飞行时间也相等，若以该时间为时间单位，那么小球的水平射 程的数值就等于它们的水平速度。在右图中分别用OP、 表示。 程的数值就等于它们的水平速度。在右图中分别用 、OM和O/N表示。 和 表示 · 因此只需验证： 因此只需验证：m1OP=m1OM+m2(ON-2r)即可。 )即可。

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注意事项①、斜槽末端要切线要水平; 斜槽末端要切线要水平; 水平 每次小球下滑要从同一高度处由静止开始; 同一高度处由静止开始 ②、每次小球下滑要从同一高度处由静止开始; 要保证对心碰撞 先调高低,再调远近, 对心碰撞, ③、要保证对心碰撞,先调高低,再调远近, 最后调左右; 最后调左右; 小球的诸多落点要用用圆规画尽可能小的 ④、小球的诸多落点要用用圆规画尽可能小的 把所有的小球落点都圈在里面, 圆把所有的小球落点都圈在里面,该小圆的 圆心即为小球的平均落点 。 ⑤、入射小球的质量mA和被碰小球的质量mB的 入射小球的质量m 和被碰小球的质量m 大小关系是 mA >

mB 。

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训练在做碰撞中的动量守恒的实验时， 1、在做碰撞中的动量守恒的实验时，不需要测量的物 理量有C D

A、入射小球和被碰小球的质量 B、入射小球和被碰小球的直径 C、斜槽轨道的末端距地面的高度 D、入射球滚下到抛出时的高度差 E、入射球末碰撞时飞出的水平距离 F、入射球和被碰球碰撞后飞出的水平距离

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训练2、入射球m1碰撞前的速度以及被碰球m2碰撞后的速 入射球m 碰撞前的速度以及被碰球m 度可用其运动的水平位移来表示，图中M 度可用其运动的水平位移来表示，图中M、N、P是 小球的落点， 小球的落点，下列说法中正确的是 A、O’是被碰球在碰撞前其球心在纸上的垂直投影 O’是被碰球

在碰撞前其球心在纸上的垂直投影 B、O是碰撞前入射球的球心在纸上的垂直投影 C、被碰球碰撞后的动量可表示为 m2 O ' N = m1 (OP OM ) D、入射球碰撞前的动量可表示为 m2 O' N = m1(OP OM)

ABC

验证动量守恒定律

训练

3、在实验室里为了验证动量守恒定律，一般采用如 、在实验室里为了验证动量守恒定律， 下图甲、乙两种装置：( :(1)若采用乙装置进行实验， 下图甲、乙两种装置：( )若采用乙装置进行实验，以 下所提供的测量工具中必需的是： 直尺 游标卡尺C. 下所提供的测量工具中必需的是：A.直尺 B.游标卡尺 游标卡尺 天平 D.弹簧秤 E.秒表 弹簧秤 秒表 AC 被碰小球的的质量为m (2)设入射小球的质量为 1,被碰小球的的质量为 2,则 )设入射小球的质量为m 被碰小球的的质量为 则 在用甲装置实验时( 为碰前入射小球落点的平均位 在用甲装置实验时(P为碰前入射小球落点的平均位 ),所得 验证动量守恒定律”的结论为( 所得“ 置),所得“验证动量守恒定律”的结论为(用装置中 m1 op = m1 OM + m 2 o , N 的的字母表示) 的的字母表示)_________________

入射小球 被碰小球重 锤 线

入射小球

被碰小球重 锤 线

乙

O O’

M

P

N

甲

O

M

P

N

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题

目

某同学用下图装置做验证动量守恒定律的实 验.先将a球从斜槽轨道上某固定点处由静止开始 滚下,在水平地面上的记录纸上留下压痕,重复10 滚下,在水平地面上的记录纸上留下压痕,重复10 次;再把同样大小的b球放在斜槽轨道末端水平段 的最右端附近静止, 的最右端附近静止,让a球仍从原固定点由静止开 始滚下, 球相碰后, 始滚下 , 和 b 球相碰后 , 两球分别落在记录纸的不 同位置处,重复10 10次 同位置处,重复10次.a bH

O

A

B

C

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入射小球

问

题

被碰小球重 锤 线

⑴本实验必须测量的物理量有以下哪些选项 B E _____________. _____________. A. 斜槽轨道末端到水平地面的高度 H B. 小球 a 、 b 的质量 ma、 mb C.小球 a、 b的半径 r D.小球 a、 b 离 开斜槽轨道末端后平抛飞行的时间t E.记录纸上O点 到A、B、C各点的距离OA、OB、OC F. a球的固定释 放点到斜槽轨道末端水平部分间的高度差h 应该满足什么关系?为什么? ⑵小球a、b的质量ma、mb应该满足什么关系?为什么? 放上被碰小球后,两小球碰后是否同时落地? ⑶放上被碰小球后,两小球碰后是否同时落地?如果不 是同时落地,对实验结果有没有影响?为什么? 是同时落地,对实验结果有没有影响?为什么?这时小 A 的落地点依次是图中水平面上的_____ _____点和 球a、b的落地点依次是图中水平面上的_____点和 C _____点. _____点

O

M

P

N

验证动量守恒定律

为测定未放被碰小球时, 落点的平均位置, ⑷为测定未放被碰小

球时,小球a落点的平均位置, 点对齐, 把刻度尺的零刻线跟记录纸上的 O 点对齐 , 右图给 落点附近的情况, 出了小球 a 落点附近的情况 , 由图可得 OB 距离应为 45.90 __________cm. __________cm.45 46 47

按照本实验方法,验证动量守恒的验证式是: ⑸按照本实验方法,验证动量守恒的验证式是: ma OB= maOA + mb OC ________________________________________. ________________________________________. 如果两球相碰中有较大的动能损失， ⑹ 如果两球相碰中有较大的动能损失 ， 即不是弹 性碰撞，那么以上验证式还成立吗？为什么？ 性碰撞，那么以上验证式还成立吗？为什么？下页 返回目录

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学生实验和练习中的环境不同，造成了b 学生实验和练习中的环境不同，造成了b球的抛出 点也不同，处理问题时一定要灵活对待： 点也不同，处理问题时一定要灵活对待： ①在学生实验中，a球的抛出点在斜面的边缘，b球的抛 在学生实验中， 球的抛出点在斜面的边缘， 出点在立柱处。最终要验证的关系式是—— 出点在立柱处。最终要验证的关系式是 (ON-2r)。因此，需要测小球的直径。 )。因此 m1OP=m1OM+m2(ON-2r)。因此，需要测小球的直径。 ②在练习所反映的实验中，两球的抛出点相同，都在斜 在练习所反映的实验中，两球的抛出点相同， 面的边沿处。最终要验证的关系式是—— 面的边沿处。最终要验证的关系式是

ma OB= ma OA+ mb OC 。因此，不需要测小球的直径。 因此，不需要测小球的直径。返回目录 返回目录

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