驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的幾種方案

驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的幾種方案一、實(shí)驗(yàn)原理在一維碰撞中，測(cè)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(dòng)量p＝m1v1＋m2v2及碰撞后的動(dòng)量p′＝m1v1′＋m2v2′，看碰撞前后動(dòng)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(shí)驗(yàn)(1)測(cè)質(zhì)量：用天平測(cè)出滑塊質(zhì)量．(2)安裝：正確安裝好氣墊導(dǎo)軌．(3)實(shí)驗(yàn)：接通電源，利用配套的光電計(jì)時(shí)裝置測(cè)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(yàn)證：一維碰撞中的動(dòng)量守恒．例：氣墊導(dǎo)軌是常用的一種實(shí)驗(yàn)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(yùn)動(dòng)可視為沒(méi)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(yàn)證動(dòng)量守恒定律,實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示,采用的實(shí)驗(yàn)步驟如下:a.用天平分別測(cè)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(gè)被壓縮的輕彈簧,用電動(dòng)卡銷鎖定,靜止放置在氣墊導(dǎo)軌上;d.用刻度尺測(cè)出A的左端至C板的距離L1;e.按下電鈕放開(kāi)卡銷,同時(shí)分別記錄滑塊A、B運(yùn)動(dòng)時(shí)間的計(jì)時(shí)器開(kāi)始工作,當(dāng)A、B滑塊分別碰撞C、D擋板時(shí)計(jì)時(shí)結(jié)束,記下A、B分別到達(dá)C、D的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t1和t2.（1）實(shí)驗(yàn)中還應(yīng)測(cè)量的物理量及其符號(hào)是.（2）利用上述測(cè)量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的表達(dá)式是,上式中算得的A、B兩滑塊的動(dòng)量大小并不完全相等,產(chǎn)生誤差的原因有（至少答出兩點(diǎn)）.答案A、B兩滑塊被壓縮的彈簧彈開(kāi)后,在氣墊導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)時(shí)可視為勻速運(yùn)動(dòng),因此只要測(cè)出A與C的距離L1,B與D的距離L2及A到C,B到D的時(shí)間t1和t2.測(cè)出兩滑塊的質(zhì)量,就可以用mA=mB驗(yàn)證動(dòng)量是否守恒.（1）實(shí)驗(yàn)中還應(yīng)測(cè)量的物理量為B與D的距離,符號(hào)為L(zhǎng)2.（2）驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的表達(dá)式是mA=mB,產(chǎn)生誤差的原因:①L1、L2、mA、mB的數(shù)據(jù)測(cè)量誤差.②沒(méi)有考慮彈簧推動(dòng)滑塊的加速過(guò)程.③滑塊并不是標(biāo)準(zhǔn)的勻速直線運(yùn)動(dòng),滑塊與導(dǎo)軌間有少許摩擦力.方案二：利用等長(zhǎng)懸線懸掛等大小球完成一維碰撞實(shí)驗(yàn)(1)測(cè)質(zhì)量：用天平測(cè)出兩小球的質(zhì)量m1、m2.(2)安裝：把兩個(gè)等大小球用等長(zhǎng)懸線懸掛起來(lái)．(3)實(shí)驗(yàn)：一個(gè)小球靜止，拉起另一個(gè)小球，放下時(shí)它們相碰．(4)測(cè)速度：可以測(cè)量小球被拉起的角度，從而算出碰撞前對(duì)應(yīng)小球的速度，測(cè)量碰撞后小球擺起的角度，算出碰撞后對(duì)應(yīng)小球的速度．(5)改變條件：改變碰撞條件，重復(fù)實(shí)驗(yàn)．(6)驗(yàn)證：一維碰撞中的動(dòng)量守恒．例：用如圖所示裝置來(lái)驗(yàn)證動(dòng)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(xì)線拴好懸掛于O點(diǎn)，當(dāng)細(xì)線被拉直時(shí)O點(diǎn)到球心的距離為L(zhǎng)，且細(xì)線與豎直線之間夾角;球A由靜止釋放，擺到最低點(diǎn)時(shí)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(xiě)紙的白紙D,用來(lái)記錄球B的落點(diǎn)．(1)用圖中所示各個(gè)物理量的符號(hào)表示碰撞前后兩球A、B的動(dòng)量（設(shè)兩球A、B碰前的動(dòng)量分別為、；碰后動(dòng)量分別為、)，則=;=;=;=。C．小球做平拋運(yùn)動(dòng)的射程②圖中O點(diǎn)是小球拋出點(diǎn)在地面上的垂直投影．實(shí)驗(yàn)時(shí)，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(diǎn)的位置P，測(cè)量平拋射程O(píng)P.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(lái)要完成的必要步驟是________．(填選項(xiàng)前的符號(hào))A．用天平測(cè)量?jī)蓚€(gè)小球的質(zhì)量m1、m2B．測(cè)量小球m1開(kāi)始釋放的高度hC．測(cè)量拋出點(diǎn)距地面的高度HD．分別找到m1、m2相碰后平均落地點(diǎn)的位置M、NE．測(cè)量平拋射程O(píng)M、ON③若兩球相碰前后的動(dòng)量守恒，其表達(dá)式可表示為_(kāi)_______(用②中測(cè)量的量表示)；若碰撞是彈性碰撞，那么還應(yīng)滿足的表達(dá)式為_(kāi)_________(用②中測(cè)量的量表示)．④經(jīng)測(cè)定，m1＝45.0g，m2＝7.5g，小球落地點(diǎn)的平均位置距O點(diǎn)的距離如圖5所示．碰撞前、后m1的動(dòng)量分別為p1與p1′，則p1∶p1′＝________∶11；若碰撞結(jié)束時(shí)m2的動(dòng)量為p2′，則p1′∶p2′＝11∶________.圖5實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，碰撞前、后總動(dòng)量的比值eq\f(p1,p1′＋p2′)為_(kāi)_______．⑤有同學(xué)認(rèn)為，在上述實(shí)驗(yàn)中僅更換兩個(gè)小球的材質(zhì)，其他條件不變，可以使被碰小球做平拋運(yùn)動(dòng)的射程增大，請(qǐng)你用④中已知的數(shù)據(jù)，分析和計(jì)算出被碰小球m2平拋運(yùn)動(dòng)射程O(píng)N的最大值為_(kāi)_______cm.三、注意事項(xiàng)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)，調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時(shí)，注意利用水平儀確保導(dǎo)軌水平．(2)若利用擺球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，兩小球靜放時(shí)球心應(yīng)在同一水平線上，用等長(zhǎng)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