16.1实验：探究碰撞中的不变量 实验报告-2022-2023学年高二下学期物理人教版选修3-5

16.1实验：探究碰撞中的不变量 班级： 小组成员： [实验目的] 通过两球作对心碰撞后做平抛运动来验证动量守恒定律，理解利用“等效”观念简化实验测定的设计思想。 [实验原理] 一个质量较大的小球从斜槽滚下来，跟放在斜槽前边小支柱上另一质量较小的球发生碰撞后两小球都做平抛运动。由于两小球下落的高度相同，所以它们的飞行时间相等，这样如果用小球的飞行时间作时间单位，那么小球飞出的水平距离在数值上就等于它的水平速度。因此，只要分别测出两小球的质量m1、m2，和不放被碰小球时入射小球在空中飞出的水平距离s1，以及入射小球与被碰小球碰撞后在空中飞出的水平距离s1'和s2'，则可以根据实验数据的分析，来探究碰撞过程中的不变量。 [实验器材] 平抛碰撞实验器（斜槽、重锤线）；钢质小球、玻璃小球、塑料小球（3个小球半径相同）；方格记录纸；复写纸；天平和砝码；刻度尺，游标卡尺。 [实验步骤] 1.入射球与被碰球分别为钢质小球与玻璃小球，用天平分别测出两个小球的质量m1、m2。用游标卡尺测量出小球的直径L。 2.固定方格记录纸和复写纸：把方格记录纸和复写纸叠放在一起（复写纸在外）平整地压到屏板上，方格记录纸竖直边和坐标格竖直边平行，用铁夹固定好方格记录纸与复写纸，铁夹固定的位置不能让小球运动中碰到。 3.调整屏板面，使之在竖直平面内：悬挂重锤线，通过底板三只调平螺栓的调整，使重锤线与屏板上的红色标线平行，从而达到屏板面与水平面竖直。 4.调整弧槽，使其末端保持水平：将小球轻放在斜槽平直部分的末端处，调整斜槽下的螺钉，能使小球在平直轨道上的任意位置静止，表明斜槽平直部分的末端处已水平。以上两步反复调整。 5.确定坐标原点O：把小球放在槽口处，重按小球通过复写纸，就得到球心在板上的水平投影点O，O点即为坐标原点。 6. 先不放被碰小球，让入射球从斜槽上同一高度处由静止开始滚下，入射小球将沿着导轨凹槽滚下并被水平抛出，落在接球槽上，通过复写纸便在方格记录纸上留下痕点。将小球从同一高度释放，即在方格记录纸上描得到入射球落点痕迹，重复该步骤8次。 7．把被碰球放在小支柱上，调节装置使两小球相碰时处于同一水平高度，确保入射球运动到轨道出口端时恰好与靶球接触而发生正碰。让入射小球从（6）中同一高度处由静止开始滚下，使两球发生正碰，两小球碰后纷纷水平抛出，落在接球槽上，通过复写纸在方格记录纸上留下落点痕迹，重复该步骤8次。 8．通过尺规作图，在小球的落地痕迹中分别标出入射小球与被碰小球的落地点的平均位置M、P、N（如右图）。 9．过O、N作一直线，取OO'=2r（可用游标卡尺测出一个小球的直径，也可用刻度尺测出紧靠在一起的两小球球心间的距离），O'就是被碰小球碰撞时的球心竖直投影位置。 10．用刻度尺量出线段OM、OP、ON间的水平距离。 11．将实验数据记录在数据记录表1 中，并分析实验数据，并得出结论。 12.将入射小球与被碰小球分别换成玻璃小球与塑料小球，重复以上过程，并将实验数据记录在数据记录表2 中。 [注意事项] 1．应使入射小球的质量m1 被碰小球的质量m2。 2．要调节好实验装置，使斜槽末端点切线方向 ，小支柱与槽口间距离使其等于小球直径，而且两球相碰时处在 ，碰撞后的速度方向在同一直线上。 3．入射小球从实验开始到结束都必需从斜轨上同一高度落下。 [数据处理] 实验记录及分析表1 小球直径：L= 碰撞前 碰撞后 质量 m1= m2= m1= m2= 速度 v1= v2= = = mv mv2 v/m 实验记录及分析表2 小球直径：L= 碰撞前 碰撞后 质量 m1= m2= m1= m2= 速度 v1= v2= = = mv mv2 v/m 实验结论：经过验证后可知，在误差允许的范围内，碰撞前后不变的量是： 。 [误差分析] 1、 碰撞的时候如果不是一维碰撞，会不会对实验的数据分析产生影响 2、 某同学的实验仪器与实验调节及操作步骤中都是正确的，但在分析实验数据的时候发现数据有较大的误差，产生这些误差可能的原因是： 3、 实验中还有可能产生误差的主要原因可能还有哪些？