2023年验证动量守恒定律实验报告及对应练习.docx

（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；.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：运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、斜槽、重锤线、白纸、复写纸、刻度尺、_、实验环节：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_ ；一方面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，反复数次，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）；将被碰小球放在上，适当调节使得两小球相碰时处在 ，使入射小球与被碰小球能发生_；让入射小球由_从静止开始滚下，反复数次，使两球相碰，按照环节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;测出水平槽到落地点的竖直高度。测出各球平抛的水平位移。代入公式计算。 思考:上述实验环节是否对的？联立式得错误！错误！ Pi代人已知条件得错误!2=1.（）3由此可以推出I错误21.4% <4%所以，此实验在规定的范围内验证了动量守恒定律.答案：见解析如完整，请直接写出验证公式:_如不对的，请指出并写出验证公式:误差分析：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。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导致误差。0、0'、P、M、N各点定位不准确。测量和作图有偏差。仪器和实验操作的反复性不好，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、8两球的碰撞来验证动 量守恒定律.图中尸。是斜槽，QA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,反复上述操作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球碰撞后小、B球分别在记录纸上留下各 自的落点痕迹.反复这种操作10次图甲中。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，其在的平面，米尺如图乙所示，其在的平面，米尺因/：_ I I _7中米尺水平放置，且平行于G、展、O所的零点与。点对齐.（1）碰撞后B球的水平射程应取为 c in;（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，测量工球落点位置到0点的距离B. A球与球碰撞后，测量4球落点位置到。点的距离C.测量工球或3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对的的是（）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，互相作用的内力越大，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）用一尽也许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h、m2,三个落点的距离xi、必、X3,所以应选A、B、 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，也有助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对的.答案：（1）64.7（64. 564.9 均可）（2 ）A、B、D （3）C验证动量守恒实验气垫导轨版:运用图3）所示的装置验证动量守恒定律。在图（。）中,气垫导轨上有A、4两个滑块，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mi=0.310kg,滑块B的质量m2= 0 .1 0 8 kg,遮光片的宽度d= 1.00cm；打点计 时器所用的交流电的频率为户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历来右 的初速度,使它与3相碰；碰后光电计时器显示的时间为“8= 3.500ms,碰撞前后打出的纸带如图（幻 所示。（碰撞前后总动量之差若实验允许的相对误差绝对值碰前总动量'100%）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。练习一: 用天平、气垫导轨（带光电计时器和两个滑块）探究物体间发生互相作用时的不变量,本实验可用自动照相机代替打点计时器（闪光频率为10 H z ），环节方法如下：8rl（1）用天平称出两滑块的质量。wa=0. 10kg,7/B=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）；碰撞前后连续三次闪光拍照得图中。、从c所示的照片；请你根据图示数据探究物体间发生互相作用时的不变量。答案:/”八+/即+即碰撞前后m y之和保持不变。解析：由题图“、6可拟定A的速度为乙=错误! m / s = 0 .6m / s贝！Jm,i v,i=0.1x0. 6kgm / s =0. 0 6kg*m/s从题图从c看出滑块A与3靠近到发生碰撞需力=错误!s= 2 .5x1 0-2s图实-II -8所以A与B碰后回到7.0 cm位置，历时（0.1 2.5x10，） s = 7 . 5x10因此,求出匕尸错误!m/s=-0.2m / s。3=错误!11/ s =0.4m/s所以碰撞后:缈6 X1(F2 k g -m/ s由以上计算可得：mAVA+mHVH= mA+mBv'Bo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，如图实一 1 1-8所示，将这 一系统置于光滑的水平桌面上，烧断细线，观测木块的运动情况，进行必要的测量，验证物体间互相作用时动 量守恒.（1）该同学还必须有的器材是.（2）需要直接测量的数据是用所得数据验证动量守恒的关系式是.解析：这个实验的思绪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：（D刻度尺、天平（2）两木块的质量皿、72和两木块落地点分别到桌子两侧边沿的水平距离、练习三.如图实一11 一5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。点，。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 皆 小汉力八球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，,图实一11 -5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8点，球2落到水平地面上的。点.测出有关数据即可验证I、2两球碰撞时动量守恒.现已测出力点离水平桌面的距离为a.B点离水平桌面的距离为仇C点与桌子边沿间的水平距离为c.此外：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。和6,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mi,就能求出弹性球1的动量变化； 根据平抛运动的规律只要测出立柱高力和桌面高礴可以求出弹性球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、桌面高H就能求出弹性球2的动量变化.(2 )根据的解析可以写出动量守恒的方程为图实-II -6图实-II -62/ni r ( a/)= 2如错误!+功2错误！.答案：弹性球1、2的质量皿、，孙立柱高力桌面高(2) 2mH。力=2mNb- h错误!练习四：气垫导轨是常用的一种实验仪器，它是运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。和D的气垫导轨和滑块A和3 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)，采用的实验环节如下：a.用天平分别测出滑块A、3的质量叫、机8；b.调整气垫导轨，使导轨处在水平；c.在4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4、8滑块分别碰撞挡板C、。时计时结束，记下工、b分别到达C、。的运动时间八和f2.(1)实验中还应测量的物理量及其符号是.(2)运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、5两滑块的动量大小并不完全相等，产生误差的因素有(至少答出两点).解析:A、3两滑块被压缩的弹簧弹开后，在气垫导轨上运动时可视为匀速运动，因此只要测出力与C的距离L】、5与O的距离*及A到C、B到。的时间外和匕，测出两滑块的质量，就可以用功,?=小8勺验 <112证动量是否守恒.(1)实验中还应测量的物理量为B的右端至挡板D的距离，符号为Lt.(2)验证动量守恒定律的表达式是m八错误0g错误!.产生误差的因素：上1、02、八、，2、%、/8的数据测量误差；没有考虑弹簧推动滑块的加速过程；滑块并不是做标准的匀速直线运动，滑块与导轨间有少许摩擦力.气垫导轨不完全水平.答案：见解析图实一 II 一8图实一 II 一8练习五.用如图实11-8所示的装置进行“验证动量守恒 定律”的实验：(1)先测出可视为质点的两滑块A、B的质量分别为m、M及滑块与桌面间的动摩擦因数(2)用细线将滑块A、3连接，使5、月间的轻弹簧处 于压缩状态,滑块B恰好紧靠桌边.(3)剪断细线，测出滑块B做平抛运动的水平位移修,滑块工沿水平桌面滑行距离为以(未滑出桌面).为验证动量守恒定律，写出还需测量的物理量及表达它们的字母；如 果动量守恒,需要满足的关系式为.解析：弹开后B做平抛运动,为求其弹开后的速度即平抛运动的初速度，必须测量下落高度瓦=错误！ 3标制=叫£Pi=xi 错误!.弹开后3做匀减速运动，由动能定理pnigxi =万力也2,。2= r(2g *2)由动量守恒定律iWvi-mv2=0 即Mx1错误!=帆错误!.答案：桌面离地高度 Mri错误!=m错误!6. ( 2 0 23宁夏高考)某同学运用如图实一1 1-9所示的装置验证动量守恒定律.图中两摆摆长相同，悬挂于同一高度，A、8两摆球均很小，质量之比为1 ： 2.当两摆均处在自由静止状态时，其侧面刚好接触.向右上方拉动B球使其摆线伸直并与竖直方向成45。角，然后将其由静止释放,结果观测到两摆球粘在一起摆动,且最大摆角成3 0。.若本实验允许的最大误差为±4%,此实验是否成功地验证了动量守恒定律？解析：设摆球/、的质量分别为机小机8,摆长为/, B球的初始高度为加，碰撞前8 球的速度为也.在不考虑摆线质量的情况下，根据题意及机械能守恒定律得A i=7 (l-cos45°)niBVir=mBgh设碰撞前、后两摆球的总动量的大小分别为小、P2. 有 pi=/”a联立式得pi=mnl2 g 1(1 cos 4 5。) 同理可得22= (/八+相8)错误！