湖北省浠水县2020学年高中物理 第十六章 动量守恒定律 1 实验：验证动量守恒定律试题（无答案）新人教版选修3-5 7页

实验：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 质量为和的两个小球发生正碰，若碰前运动，静止，根据动量守恒定律应有：因小球从斜槽上滚下的做平抛运动，由平抛运动知识可知，只要小球下落的高度相同，在落地前运动的时间就相同，则小球的水平速度若用飞行时间作单位，在数值上就等于小球飞出的水平距离。所以只要测得小球的质量及两球碰撞前后飞出的水平距离，代入公式即，若在实验误差允许的范围内成立，就验证了两小球组成的系统碰撞前后总动量守恒，式中、和的长度如图所示。‎ 三、实验器材： 斜槽，大小相等质量不同的小钢球两个，重垂线一条，白纸，复写纸，天平一台，刻度尺，圆规，三角板 四、实验步骤 ‎1、用天平测出两个小球的质量、，选质量大的小球作为入射球.‎ ‎2、如图所示安装好实验装置，使斜槽的末端沿切线方向水平.‎ ‎3、在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸，当小球落在复写纸上时，便在白纸上留下了小球落地的痕迹.‎ ‎4、在白纸上记下生垂线所指的位置 ‎5、先不放上被碰小球，让入射小球从斜槽上同一高度滚下，重复10次。用尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面，圆心就是小球落点的平均位置 ‎6、把被碰小球放在斜槽前端边缘处，让入射小球从原来的高度滚下，使它们发生碰撞。重复实验10次。用同样的方法标出碰撞后入射小球落点的平均位置和被碰小球落点的平均位置 ‎7、用刻度尺测量线段、、‎ 的长度，把两个小球的质量和相应的长度数值代入看是否成立 ‎8、整理好实验器材放回原处。‎ 五、注意事项 ‎1、入射小球和被碰小球大小应完全相同，且>.‎ ‎2、入射小球每次必须从斜槽上同一高度处由静止滑下.‎ ‎3、斜槽末端的切线方向必须水平.‎ ‎4、两球碰撞时，球心等高或在同一水平线上.‎ 六、误差分析 ‎1、研究所研究的两个小球应发生水平正碰，实验操作中两球心高度不在同一水平面上，组实验带来误差.‎ ‎2、每次静止释放入射小球的高度越高，两球相碰时内力越大，动量守恒的误差越小.‎ ‎3、应进行多次碰撞，落点取平均位置来确定，以减小偶然误差.‎ 七、典型例题 例1、某同学用图1所示装置通过半径相同的A、B两球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1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2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 cm ‎（2）在以下选项中，哪些是本次实验必须进行的测量？‎ ‎（填选项号）‎ 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球与B球的质量（或两球质量之比0‎ E、测量G点相对于水平槽面的高度 例2、用半径相同的两小球A、B的碰撞验证动量守恒定律，实 验装置示意图 如图所示，斜槽与水平槽圆滑相接。实验时先 不放B球，使A球从斜槽上某一固定点C由静止滚下，落到 位于水平地面的记录纸上留下痕迹，再把 B球静置于水平槽前 端边缘处，让A球仍从C处由静止滚下，A球和B 球 相撞 后分别落在记录纸上留下各自的痕迹。记录纸上的O点是重 垂线所指的位置。若测得各落点痕迹到O的距离：‎ ‎， ，，并知A、B两球的质量之比为2：1，则未放B球时A球落地点是记录纸上的 点，系统碰撞前总动量与 碰撞后总动量的百分误差= %（结果保留一位有效数字）‎ 例3、某同学利用如图所示的装置验证动量守恒定律。图中两摆摆长相同，县挂 于同一高度，A、B两摆球均很小，质量之比为1：2。当两摆于均处于自由静 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 成角，然后将其由静止释放，结果观察到两摆球粘在一起摆动，且最大 摆角为。若本实验允许的最大误差为，此实验是否成功地验证了动 量守恒定律？‎ 例4、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，实验装置如图所示，采用的实验步骤如下：‎ ‎、用天平分别测出滑块A、B的质量、‎ ‎、调整气垫导轨，使导轨处于水平。‎ ‎、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。‎ ‎、用刻度尺测出A的左端至C板的距离。‎ ‎、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C、D挡板时计时结束，记下A、B分别到达C、D的运动时间和.‎ ‎（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）‎ 八、强化训练 ‎1、在“验证动量守恒定律”的实验中，关于入射小球在斜槽中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，入射小球的入射速度越小，误差越小 B、释放点越高，两球碰撞后水平位移越大，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，两球要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，水平槽对被碰小球的阻力越小 ‎2、“验证动量守恒定律”的实验装置原来的教科书采用图甲所示的方法，经过编者修改后，现行的教科书采用图乙所示方法，两个实验装置的区别在于：①悬挂重垂线的位置不同；② 图甲中设计有一个支柱（通过调整，可使两球的球心在同一水平线上；上面的小球被碰离开后支柱立即倒下），图乙中没有支柱，图甲中的入射小球和被碰小球做平抛运动的抛出点分别在通过、点的竖直线上，重垂线只确定了点的位置，比较这两个实验装置，下列说法正确的是（ ）‎ A、采用图甲所示的实验装置时，需要测出两小球的直径 B、采用图乙所示的实验装置时，需要测出两小球的直径 C、为了减小误差，采用图甲所示的实验装置时，应使斜槽末端水平部分尽量光滑 D、为了减小误差，采用图乙所示的实验装置时，应使斜槽末端水平部分尽量光滑 ‎（2）在做“验证动量守恒定律”的实验中：‎ 如果采用（1）题图乙所示装置做实验，某次实验得出小球的落点情况如图所示，图中数据单位统一，假设碰撞动量守恒，则碰撞小球质量被碰撞小球质量之比：=‎ ‎3、某同学利用如图所示的装置做“验证动量守恒定律”的实验，先将球从斜槽轨道上某固定点处由静止开始滚下，在水平地 面上的记录纸上留下压痕，重复10次，再把同样大小的球放在斜槽轨道水平段的最右端处静止，让球仍从原固定点由静止开始滚下，且与球相碰，碰后两球分别落在记录纸的不同位置，重复10次（本实验中的斜槽轨道摩擦可以忽略不计）‎ ‎（1）本实验必须测量的物理量是 （填序号字母）‎ A、小球、的质量、 B、小球、的半径 C、斜槽轨道末端到水平地面的高度H D、球的固定释放点到斜槽轨道末端的高度差 E、小球、离开斜槽轨道后做平抛运动的飞行时间 F、记录纸上点到两小球的平均落点位置A、B、C的位置 、、‎ ‎（2）放上被碰小球，两球（）相碰后，小球 a、b的平均落点位置依次是图中的 点和 点 ‎（3）某同学在做实验时，不小心把a、b球位置换了，即把质量较大的a球（质量为）当成了被碰球，把质量较小的球（质量为）当成了入射球。结果b球单独滚下时，平均落点为C点，而b球与a球相撞后，b球和a球平均落点分别为A点和B点（如图所示）.该同学也测得过程中的各物理量，利用些数据也能判断碰撞过程中的动量守恒，判断的依据是看 和 在误差允许的范围内是否相等，利用该实验的数据还可以判断两球碰撞过程中机械能是否守恒.判断的依据是看与 在误差允许的范围内是否相等。‎ ‎4、如图所示，A、B两个质量不等、大小相同的小球用细线连接，‎ 中间夹一被压缩的轻弹簧，将其放在光滑的水平桌面上。现烧断 细线，观察小球的运动情况，进行必要的测量，验证小球间相互 作用时动量守恒。‎ ‎（1）本实验必须用的测量仪器是 ‎（2）需要直接测量的数据是 ‎（3）用测得数据验证动量守恒的关系是 ‎5、用如图所示的装置验证动量守恒定律，质量为的钢球A用细线悬挂于点，质量为 的钢球B放在离地面高度为H的小支柱N上。O点到A球球心的距离为L，使悬线在A球释放前张直，且线与竖直线的夹角为。A球释放后摆动到与竖直线夹角处，B球落到地面上，地面上铺一张盖有复写纸的白纸D.保持角度不变，多次重复上述实验，白纸上记录到多个B球的落点。‎ ‎（1）图中应是B球初始位置到 的水平距离。‎ ‎（2）为了验证两球碰撞过程中动量守恒，应测 得 、 、 、‎ ‎、 、 、 等物理量 ‎（3）用测得的物理量表示碰撞前后A球、B球的动量： ，= ，= ，= ‎