第七章 实验7 验证动量守恒定律-【直击双1流】2024高考物理一轮复习讲义

实验 7 验证动量守恒定律 一、实验目的 验证动量守恒定律。 二、实验原理 质量分别为 m1、m2 的两物体相互作用,若相 互作用前的速度分别为 v1、v2,相互作用后的速度 分别为 v1′、v2′,并且系统不受外力或者所受外力的 矢量和为 0,根据动量守恒定律有 m1v1 + m2v2 = m1v1′ + m2v2′。 三、实验方案 方案一:研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量 守恒。 方案二:研究斜槽末端小球碰撞时的动量 守恒。 四、实验器材 方案一:气垫导轨、数字计时器、天平、滑块 (两个)、弹簧片、挡光片、细绳、弹性碰撞架、胶 布、撞针、橡皮泥等。 方案二:铁架台、斜槽、大小相等而质量不等 的小钢球(两个)、重垂线、白纸、复写纸、天平、刻 度尺、圆规、三角板等。 五、实验步骤 方案一:用气垫导轨和数字计时器验证动量 守恒定律。 (1) 实验装置如图所示。 (2) 说明: ① 气垫导轨能够很容易地保证两个滑块的 相互作用是一维的,光电计时装置可以迅速测量 两个滑块相互作用前后的速度。 ② 实验要从以下几种情形来探究: a. 用细线将弹簧片拉成弓形,置于质量不等 的滑块间,且使它们静止。 烧断细线,弹簧片弹 开后落下,两滑块向相反的方向运动。 b. 在导轨两端装上弹性碰撞架,可得到近似 弹性碰撞。 c. 在两滑块的碰撞端分别装上撞针和橡皮 泥(或贴上尼龙拉扣),可得到完全非弹性碰撞。 (3) 数据处理:将测得的质量 m、速度 v(注 意方向) 填入下表,并进行计算。 实验情景 用弓形弹片弹开 探究量 质量 / kg 速度 / (m·s - 1 ) 动量 / (kg·m·s - 1 ) 碰撞前 m1 v1 m2 v2 m1v1 + m2v2 碰撞后 m1 v1′ m2 v2′ m1v1′ + m2v2′ 　 　 方案二:利用斜槽上滚下的小球验证动量守 恒定律。 (1) 用天平测出两小球的质量,并选定质量 大的小球为入射小球。 (2) 按照图示安装实验装置。 调整固定斜 槽使斜槽底端水平。 (3) 白纸在下,复写纸在上,且在适当位置 铺好,记下重垂线所指的位置 O。 (4) 不放被碰小球,让入射小球从斜槽上某 固定高度处自由滚下,重复 10 次。 用圆规画尽 量小的圆把所有的小球落点圈在里面,圆心 P 就 是小球落点的平均位置。 (5) 把被碰小球放在斜槽末端,让入射小球 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 98第七章 动量守恒定律 　　　 从斜槽同一高度自由滚下,使它们发生碰撞,重 复实验 10 次。 用步骤(4) 的方法标出碰后入射 小球落点的平均位置 M 和被碰小球落点的平均 位置 N,如图所示。 (6) 连接 ON,测量线段OP、OM、ON 的长度 并将测量数据填入表中,最后代入m1·OP = m1· OM + m2·ON(m1 > m2),判断该等式在误差允 许的范围内是否成立。 整理实验器材并将器材放回原处。 实验结论:在实验误差允许范围内,碰撞系 统的动量守恒。 六、注意事项 1. 碰撞有很多种情况,实验寻找的不变量必 须在各种碰撞情况下都不改变才符合要求。 2. 保证物体发生的是一维碰撞,即两个物体 碰撞前沿同一直线运动,碰撞后仍然沿同一直线 运动。 3. 若利用气垫导轨进行实验,调整气垫导轨 时,注意利用水平仪使导轨水平。 4. 若利用斜槽进行实验,斜槽末端的切线必 须水平,且实验中需使入射小球的质量大于被碰 小球的质量。 例 1 (2023 原创) 某实验探究小组用如图 所示的装置验证动量守恒定律,两小球的半径相 同,均为 r。 请结合装置图回答下列问题: (1) 安装实验仪器,调节水平调节螺钉使斜 槽末端水平,小球放在上面能保持 ; 用天平测量入射球的质量为 m1、靶球的质量为 m2, 则两个小球的质量要满足m1 m2(选填“ > ”“ =” 或“ < ”)。 (2) 控制入射球每次从相同的高度自由滑 下,用铅垂线在白纸上分别标注斜槽的水平端口 和靶球的初位置(支球柱) 在白纸上的投影 O、 O′,用刻度尺分别测出入射球两次落地点P、M与 O 点间的距离 s、s1, 靶球落地点 N 与 O′ 点间 的距离 s2。 (3)