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最新验证动量守恒定律实验报告及对应练习

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(一)课本标准实验点拨 实验目的:

1.验证小球碰撞前后动量守恒;

2.学会调整使用碰撞实验仪器,使其满足一维碰撞条件。

实验原理:

利用图的装置验证碰撞中的动量守恒,让小球从斜槽上滚下来,跟另一个小球发生碰撞,两球均做平抛运动。由于下落高度相同,因而飞行时间相等,所以可以用它们平抛射程的大小代替其碰撞后的飞出速度。 实验器材:两个小球(r1____r2,m1____m2)、斜槽、重锤线、白纸、复写纸、刻度尺、_______、________、________ 实验步骤:

①按图安装好斜槽,注意使其末端_____________,并在地面适当的位置放上白纸和复写纸,并在白纸上记下___________________________;

②首先在不放被碰小球的前提下,让入射小球从斜槽上___________从静止滚下,重复数次,便可在复写纸上打出多个点,___________________________________________,则________就是不发生碰撞时入射小球的平均位置P点(图4-2);

③将被碰小球放在________上,适当调节使得两小球相碰时处于___________,使入射小球与被碰小球能发生_____________;

④让入射小球由___________从静止开始滚下,重复数次,使两球相碰,按照步骤③的办法求出入球落地点的平均位置M和被碰小球落地点的平均位置N; ⑤测出水平槽到落地点的竖直高度。 ⑥测出各球平抛的水平位移。 ⑦代入公式计算。 ⑧⑨

思考一:上述实验步骤是否正确?

如完整,请直接写出验证公式:___________________________________ 如不正确,请指出并写出验证公式:

_______________________________________________________________________________________ ____________________________________

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误差分析:

①被碰小球被碰时难免受到支柱的摩擦力,支柱质量虽小,但在两球碰撞时还是带走了一些动量。 ②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。 ③O、O′、P、M、N各点定位不准确。

④测量和作图有偏差。

⑤仪器和实验操作的重复性不好,使得每次做实验时不是统一标准。(如入射球每次不是从同一高度下落、斜槽或白纸位置发生变动)

思考二:水平槽与小球之间有摩擦,为什么不考虑摩擦力对小球碰撞前后的动量守恒的影响? _________________________________________________________________________________

(课本实验改良版) 某同学用图实-11-7甲所示的装置通过半径相同的A、B两球(mA>mB)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.图甲中O点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点.B球落点痕迹如图乙所示,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?答:________.(填选项字母) 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(或两球质量之比) E.测量O点相对于水平槽面的高度

(3)实验中,对入射小球在斜槽上释放点的高低对实验影响的说法中正确的是( ) A.释放点越低,小球受阻力越小,入射小球速度越小,误差越小

B.释放点越低,两球碰后水平位移越小,水平位移测量的相对误差越小,两球速度的测量越准确 C.释放点越高,两球相碰时,相互作用的内力越大,碰撞前后动量之差越小,误差 越小

D.释放点越高,入射小球对被碰小球的作用力越大,轨道对被碰小球的阻力越小

解析:(1)用一尽可能小的圆把小球落点圈在里面,由此可见圆心的位置是64.7 cm,这就是小球落点的平均位置.

(2)本实验中要测量的数据有:两个小球的质量m1、m2,三个落点的距离x1、x2、x3,所以应选A、B、精品文档

精品文档 D.

(3)入射小球的释放点越高,入射小球碰前速度越大,相碰时内力越大,阻力的影响相对减小,可以较好地满足动量守恒的条件,也有利于减少测量水平位移时的相对误差,从而使实验的误差减小,选项C正确. 答案:(1)64.7(64.5~64.9均可) (2)A、B、D (3)C

验证动量守恒实验气垫导轨版:

利用图(a)所示的装置验证动量守恒定律。在图(a)中,气垫导轨上有A、B两个滑块,滑块A右侧带有一弹簧片,左侧与打点计时器(图中未画出)的纸带相连;滑块B左侧也带有一弹簧片,上面固定一遮光片,光电计时器(未完全画出)可以记录遮光片通过光电门的时间。 实验测得滑块A 质量m1=0.310kg,滑块B的质量m2=0.108kg,遮光片的宽度d=1.00cm;打点计时器所用的交流电的频率为f=50HZ。将光电门固定在滑块B的右侧, 启动打点计时器,给滑块A一向右的初速度,使它与B相碰;碰后光电计时器显示的时间为示。 ?tB=3.500ms,碰撞前后打出的纸带如图(b)所 碰撞前后总动量之差′10000)碰前总动量若实验允许的相对误差绝对值最大为5℅,本实验是否在误差范围(内验证了动量守恒定律?写出运算过程。 精品文档

精品文档 练习一: 用天平、气垫导轨(带光电计时器和两个滑块)探究物体间发生相互作用时的不变量,本实验可用自动照相机代替打点计时器(闪光频率为10 Hz),步骤方法如下: (1)用天平称出两滑块的质量。mA=0.10kg,mB=0.20kg,放在水平的气垫导轨上(导轨上标尺的最小分度为1cm,滑块可看做质点); (2)碰撞前后连续三次闪光拍照得图中a、b、c所示的照片; 请你根据图示数据探究物体间发生相互作用时的不变量。 答案:mAvA+mBvB=mAv′A+mBv′B,即碰撞前后mv之和保持不变。 解析:由题图a、b可确定A的速度为 vA=-0.1-2m/s=0.6m/s 则mAvA=0.1×0.6kg·m/s=0.06kg·m/s 1.5×102-从题图b、c看出滑块A与B靠近到发生碰撞需t2=s=2.5×102s 0.6-所以A与B碰后回到7.0cm位置,历时(0.1-2.5×102)s=7.5×102s --因此,求出v′A=v′B=--7.5×102--7.5×102-2-2m/s=-0.2m/s m/s=0.4m/s -所以碰撞后:mAvA′+mBv′B=6×102 kg·m/s 由以上计算可得:mAvA+mBvB=mAv′A+mBv′B。

练习二: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轻质弹簧,如图实-11-8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,验证物体间相互作用时动量守恒.

(1)该同学还必须有的器材是________________. 精品文档

精品文档 (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_______________________________________. 解析:这个实验的思路与课本上采用的实验的原理完全相同,也是通过测平抛运动的位移来代替它们作用完毕时的速度. 答案:(1)刻度尺、天平 (2)两木块的质量m1、m2和两木块落地点分别到桌子两侧边缘的水平距离x1、x2 (3)m1x1=m2x2 练习三.如图实-11-5所示是用来验证动量守恒的实验装置,弹性球1用细线悬挂于O点,O点正下方桌子的边沿有一竖直立柱.实验时,调节悬点,使弹性球1静止时恰与立柱上的球2接触且两球等高.将球1拉到A点,并使之静止,同时把球2放在立柱上.释放球1,当它摆到悬点正下方时与球2发生对心碰撞.碰后球1向左最远可摆到B点,球2落到水平地面上的C点.测出有关数据即可验证1、2两球碰撞时动量守恒.现已测出A点离水平桌面的距离为a.B点离水平桌面的距离为b,C点与桌子边沿间的水平距离为c.此外: (1)还需要测量的量是______________、________________和________________. (2)根据测量的数据,该实验中动量守恒的表达式为________________________.(忽略小球的大小) 解析:(1)要验证动量守恒必须知道两球碰撞前后的动量变化,根据弹性球1碰撞前后的高度a和b,由机械能守恒可以求出碰撞前后的速度,故只要再测量弹性球1的质量m1,就能求出弹性球1的动量变化;根据平拋运动的规律只要测出立柱高h和桌面高H就可以求出弹性球2碰撞前后的速度变化,故只要测量弹性球2的质量和立柱高h、桌面高H就能求出弹性球2的动量变化. (2)根据(1)的解析可以写出动量守恒的方程为 c2m1a-h=2m1b-h+m2 . H+h答案:弹性球1、2的质量m1、m2 立柱高h 桌面高H c(2)2m1a-h=2m1b-h+m2 H+h 练习四:气垫导轨是常用的一种实验仪器,它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫,使滑块悬浮在导轨上,滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦.我们可以用带竖直挡板C和D的气垫导轨和滑块A和B验证动量守恒定律,实验装置如图实-11-6所示(弹簧的长度忽略不计),采用的实验步骤如下: a.用天平分别测出滑块A、B的质量mA、mB; b.调整气垫导轨,使导轨处于水平; c.在A和B间放入一个被压缩的轻弹簧,用电动卡销锁定,静止放置在气垫导轨上; d.用刻度尺测出A的左端至挡板C的距离L1; e.按下电钮放开卡销,同时分别记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作,当A、B滑块分别碰撞挡板C、D时计时结束,记下A、B分别到达C、D的运动时间t1和t2. (1)实验中还应测量的物理量及其符号是_______________________________________. (2)利用上述测量的实验数据,验证动量守恒定律的表达式是______________,上式中算得的A、B两滑块的动量大小并不完全相等,产生误差的原因有___________________ (至 少答出两点). 精品文档

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精品文档(一)课本标准实验点拨实验目的:1.验证小球碰撞前后动量守恒;2.学会调整使用碰撞实验仪器,使其满足一维碰撞条件。实验原理:利用图的装置验证碰撞中的动量守恒,让小球从斜槽上滚下来,跟另一个小球发生碰撞,两球均做平抛运动。由于下落高度相同,因而飞行时间相等,所以可以用它们平抛射程的大小代替其碰撞后的飞出速
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