一、实验目的一、实验目的 验证碰撞中的动量守恒。验证碰撞中的动量守恒。二、实验原理二、实验原理 在一维碰撞中，测出相碰的两物体的质量在一维碰撞中，测出相碰的两物体的质量m1和和m2及及碰撞前、后物体的速度碰撞前、后物体的速度v1、v2及及v1、v2，找出碰撞前的，找出碰撞前的动量动量pm1v1m2v2及碰撞后的动量及碰撞后的动量pm1v1m2v2，看，看碰撞前、后动量是否守恒。碰撞前、后动量是否守恒。四、实验步骤四、实验步骤方案一：方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验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。测质量：用天平测出滑块质量。(2)安装：正确安装好气垫导轨。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滑块各种情况下碰撞前后的速度(改变滑块的量改变滑块的量改变滑块的初速度大小和方向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。验证：一维碰撞中的动量守恒。方案二：方案二：利用等长悬线悬挂大小相等的小球完成一维碰利用等长悬线悬挂大小相等的小球完成一维碰撞验撞验(1)测质量：用天平测出两小球的质量测质量：用天平测出两小球的质量m1、m2。(2)安装：把两个大小相等的小球用等长悬线悬挂起来。安装：把两个大小相等的小球用等长悬线悬挂起来。(3)实实验验：一一个个小小球球静静止止，拉拉起起另另一一个个小小球球，放放下下时时它它们们相相碰碰。(4)测测速速度度：可可以以测测量量小小球球被被拉拉起起的的角角度度，从从而而算算出碰撞出碰撞前前对对应应小小球球的的速速度度，测测量量碰碰撞撞后后小小球球摆摆起起的的角角度度，算算出碰撞后对应小球的速度。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。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。验证：一维碰撞中的动量守恒。六、注意事项六、注意事项1前提条件前提条件 碰撞的两物体应保证碰撞的两物体应保证“水平水平”和和“正碰正碰”。2方案提醒方案提醒(1)若利用气垫导轨进行实验，调整气垫导轨时，注意利用水平若利用气垫导轨进行实验，调整气垫导轨时，注意利用水平仪确保导轨水平。仪确保导轨水平。(2)若利用摆球进行实验，两小球静放时球心应在同一水线上，若利用摆球进行实验，两小球静放时球心应在同一水线上，且刚好接触，摆线竖直，将小球拉起后，两条摆线应在同一竖且刚好接触，摆线竖直，将小球拉起后，两条摆线应在同一竖直面内。直面内。(3)若利用长木板进行实验，可在长木板下垫一小木片用若利用长木板进行实验，可在长木板下垫一小木片用 以平衡摩擦力。以平衡摩擦力。(4)若利用斜槽小球碰撞应注意：若利用斜槽小球碰撞应注意：斜槽末端的切线必须水平；斜槽末端的切线必须水平；入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放；入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放；选质量较大的小球作为入射小球；选质量较大的小球作为入射小球；实验过程中实验桌、斜槽、记录的白纸的位置要始实验过程中实验桌、斜槽、记录的白纸的位置要始终保持不变。终保持不变。3探究结论探究结论 寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不改变。寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不改变。七、误差分析七、误差分析1系统误差系统误差 主要来源于装置本身是否符合要求，即：主要来源于装置本身是否符合要求，即：(1)碰撞是否为一维碰撞。碰撞是否为一维碰撞。(2)实验是否满足动量守恒的条件：如气垫导轨是否水平，实验是否满足动量守恒的条件：如气垫导轨是否水平， 两摆球是否等大，长木板实验是否平衡掉摩擦力。两摆球是否等大，长木板实验是否平衡掉摩擦力。2偶然误差偶然误差 主要来源于质量主要来源于质量m和速度和速度v的测量。的测量。【例例1】在在“验验证证动动量量守守恒恒定定律律”的的实实验验中中，为为了了使使实实验得到较好的效果：验得到较好的效果：(1)在在调调整整实实验验装装置置时时，应应注注意意调调整整轨轨道道末末端端_ _；这是为了这是为了_(2)在在做做实实验验时时，比比较较斜斜槽槽轨轨道道上上较较低低位位置置和和较较高高位位置置，应选择应选择_释放小球，释放小球，理由是理由是:基本实验过程切线沿水平方向切线沿水平方向保证入射小球和被碰小球在碰后都能做平抛运动保证入射小球和被碰小球在碰后都能做平抛运动较高位置较高位置 因因为为入入射射球球在在碰碰撞撞前前可可获获得得较较大大的的速速度度，和和被被碰碰球球之之间间的的相相互互作作用用时时间间可可以以缩缩短短，增增大大它它们们之之间间的的相相互互作作用用力，球所受的阻力可忽略不计力，球所受的阻力可忽略不计(3)如如碰碰撞撞小小球球的的半半径径为为r1，质质量量为为m2，实实验验记记录录下下小小球球的的落落点点为为M、P、N，如如图图所所示示，则则本本实实验验验验证证动动量量守恒的根据是看守恒的根据是看_m1OM+m2ON是否与是否与m1OP相等相等 1对实验的要求不明确对实验的要求不明确 2不能准确确定小球的起点与落点不能准确确定小球的起点与落点 3不不理理解解实实验验原原理理导导致致对对所所需需测测量量的的物物理理量量不不清楚清楚【例例2】某某同同学学用用图图626(甲甲)所所示示装装置置通通过过半半径径相相同同的的A、B两两球球的的碰碰撞撞来来验验证证动动量量守守恒恒定定律律图图中中PQ是是斜斜槽槽，QR为为水水平平槽槽实实验验时时先先使使A球球从从斜斜槽槽上上某某一一固固定定位位置置G由由静静止止开开始始滚滚下下，落落到到位位于于水水平平地地面面的的记记录录纸纸上上，留留下下痕痕迹迹重重复复上上述述操操作作10次次，得得到到10个个落落点点痕痕迹迹再再把把B球球放放在在水水平平槽槽上上靠靠近近槽槽末末端端的的地地方方，让让A球球仍仍从从位位置置G由由静静止止开开始始滚滚下下，和和B球球碰碰撞撞后后，A、B球球分分别别在在记记录录纸纸上上留留下下各各自自的的落落点点痕痕迹迹重重复复这这种种操操作作10次次图图中中O点是水平槽末端点是水平槽末端R在记录纸上垂直投影点在记录纸上垂直投影点.646365B球球落落点点痕痕迹迹如如图图(乙乙)所所示示，其其中中米米尺尺水水平平放放置置，且且平平行于行于G、R、O所在的平面，米尺的零点与所在的平面，米尺的零点与O点对齐点对齐图626646365(1)碰撞后碰撞后B球的水平射程应取为球的水平射程应取为_cm.(2)在在以以下下选选项项中中，哪哪些些不不是是本本次次实实验验必必须须进进行行的的测测量量？答？答_(填选项号填选项号)A水水平平槽槽上上未未放放B球球时时，测测量量A球球落落点点位位置置到到O点点的的距离；距离；BA球与球与B球碰撞后，测量球碰撞后，测量A球落点位置到球落点位置到O点的距离；点的距离；C测量测量A球与球与B球的直径；球的直径；D测量测量A球和球和B球的质量球的质量(或两球质量之比或两球质量之比)；E测量测量G点相对于水平槽面的高度点相对于水平槽面的高度64.265.2ABD【例例3】某某同同学学设设计计了了一一个个用用打打点点计计时时器器验验证证动动量量守守恒恒定定律律的的实实验验，在在小小车车A的的前前端端黏黏有有橡橡皮皮泥泥，设设法法使使小小车车A做做匀匀速速直直线线运运动动，然然后后与与原原来来静静止止的的小小车车B相相碰碰并并黏黏在在一一起起，继继续续做做匀匀速速运运动动，设设计计如如图图 (甲甲)所所示示，在在小小车车A的的后后面面连连着着纸纸带带，电电磁磁打打点点计计时时器器的的频频率率为为50Hz，长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力，长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力题型验证动量守恒定律实验的迁移运用题型验证动量守恒定律实验的迁移运用 (1)若若已已得得到到打打点点纸纸带带如如图图(乙乙)所所示示，并并测测得得各各计计数数点点间间的的距距离离在在图图上上标标出出A为为运运动动起起始始的的点点，则则应应选选_段段来来计计算算A碰碰前前的的速速度度，应应选选_段来计算段来计算A和和B碰后的共同速度碰后的共同速度 (2)已已测测得得小小车车A的的质质量量mA=0.40kg，小小车车B的的质质量量mB=0.20kg， 则则 由由 以以 上上 结结 果果 可可 得得 碰碰 前前 总总 动动 量量=_kgm/s，碰碰后后总总动动量量=_kgm/s.得得到到的的结结论论是是_(计计算结果保留三位有效数字算结果保留三位有效数字)【切切入入点点】通通过过纸纸带带和和文文字字叙叙述述进进行行判判断断，速速度度大大时时点之间距离大要知道平均速度的求法点之间距离大要知道平均速度的求法【解解析析】 因因为为小小车车A与与B碰碰撞撞前前、后后都都做做匀匀速速运运动动，且且碰碰后后A与与B黏黏合合在在一一起起，其其共共同同速速度度比比A原原来来的的速速度度小小所所以以应应选选点点迹迹分分布布均均匀匀且且点点距距较较大大的的BC段段计计算算A的的碰碰前前速速度度，点点间间距距小小的的DE段段计计算算A和和B碰碰后后的的共共同同速度速度【思思维维拓拓展展】本本题题说说明明了了另另外外一一种种验验证证动动量量守守恒恒定定律律的的例例子子，值值得得注注意意其其方方法法，下下题题还还列列举举了了用用摆摆球球做做实实验验验验证证动动量量守守恒恒的的实实例例对对于于相相关关的的实实验验，在在解解析析过过程程中中要要从从实实验验原原理理出出发发进进行行研研究究，不不能能对对实实验验器器材材和和实验步骤进行死记硬背实验步骤进行死记硬背跟跟踪踪训训练练1用用如如图图所所示示的的装装置置验验证证动动量量守守恒恒定定律律，质质量量为为mA的的钢钢球球A用用细细线线悬悬挂挂于于O点点，质质量量为为mB的的钢钢球球B放放在在离离地地面面高高度度为为H的的水水平平面面上上，O点点到到A球球球球心心的的距距离离为为L，使使悬悬线线在在A球球释释放放前前张张直直，且且与与竖竖直直线线的的夹夹角角为为；A释释放放后后摆摆动动到到最最低低点点时时恰恰好好与与B球球正正碰碰，碰碰撞撞后后，A球球把把轻轻质质指指示示针针OC推推移移到到与与竖竖直直线线夹夹角角处处，B球球落落到到地地面面上上，地地面面上上铺铺一一张张盖盖有有复复写写纸纸的的白白纸纸D.保持保持角度不变，多角度不变，多次重复上述实验，白纸上记录次重复上述实验，白纸上记录了多个了多个B球的落点图球的落点图中中s是是B球平均落点到平台边球平均落点到平台边缘的水平距离缘的水平距离LHsmAmB0