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1、实验十六 验证动量守恒定律一、 考情分析考试大纲考纲解读实验十六 验证动量守恒定律二、考点知识梳理 OO /MPN2r重垂线(一）实验目的:、研究碰撞（对心正碰)中的动量守恒2、培养学生的动手实验能力和探索精神(二）实验原理：图实16-1由于入射球和被碰小球碰撞前后均由同一高度飞出做_,_相等,若取飞行时间为单位时间，则可用相等时间内的_之比代替水平速度之比。如图实61所示,根据平抛运动性质,入射球碰撞前后的速度分别为v1=，v=,被碰小球碰后速度为v被碰小球碰撞前后的时间仅由_决定,两球下落高度相同，_相同,所以水平速度可以用水平位移数值表示,如图所示;v1用OP表示;v用M表示,2用N表示
2、,其中O为入射球抛射点在水平纸面上的投影，（由槽口吊铅锤线确定）O为被碰小球抛射点在水平纸面上的投影,显然明确上述表示方法是实验成功的关键。于是,上述动量关系可表示为：_,通过实验验证该结论是否成立。(三)实验器材斜槽轨道（或J2135-1型碰撞实验器）、入射小球m1和被碰小球2、天平（附砝码一套)、游标卡尺、毫米刻度尺、白纸、复写纸、圆规、小铅锤三、考点知识解读剖析：(一）注意事项1.斜槽末端的切线必须_,调整方法是让碰撞的小球放在斜槽末端水平部分的任一位置上都能_;2.使支柱与槽口的距离等于_；认真调节小支柱的高度，既使两小球碰撞时球心在_上，又使球心连线与斜槽末端的切线相_;.入射小球每
3、次都必须从斜槽_由_释放；5.入射小球_被碰小球的质量;6.实验过程中实验桌、斜槽、记录的白纸位置要始终保持不变(二)、实验步骤将斜槽固定在桌边使末端点的切线水平。2.让入射球落地后在地板上合适的位置铺上白纸并在相应的位置铺上复写纸。.用小铅锤把斜槽末端即入射球的重心投影到白纸上O点。4.不放被碰小球时,让入射小球10次都从斜槽同一高度由阻止开始滚下落在复写纸上,用圆规找出落点的平均位置P点。.把入射球放在槽口末端露出一半，调节支柱螺柱，使被碰小球与入射球重心等高且接触好,然后让入射球在同一高度滚下与被碰小球碰10次，用圆规找出入射球和碰小球的平均位置M、N。 6.用天平测出两个球的质量记入下
4、表，游标卡尺测出入射球和被碰小球的半径r1和2,在O上取=2 r，即为被碰小球抛出点投影,用刻度尺测出其长度,记录入表内。.改变入射球的高度，重复上述实验步骤，再做一次。（三)误差分析图实16-2实验所研究的过程是两个不同质量的金属球发生水平正碰,因此“水平”和“正碰”是碰撞中应尽量予以满足的前提条件,实验中两球球心高度不在同一水平面上，给实验带来误差,每次静止释放小球的释放点越高，两球碰撞时内力越大,动量守恒的误差越小,应进行多次碰撞，落地点取平均位置来确定，以减小偶然误差.例题 (202X宁夏)某同学利用如图实16-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、B两摆球均
5、很小,质量之比为12.当两摆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45角,然后将其由静止释放.结果观察到两摆球粘在一起摆动,且最大摆角成30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？解析:本题考查验证碰撞中的动量守恒定律及碰撞前与碰撞后的机械能守恒定律.设摆球A、的质量分别为、,摆长为，B球的初始高度为h1，碰撞前B球的速度为.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 设碰撞前、后两摆球的总动量的大小分别为1、P.有 联立得 同理可得 从而得 代入已知条件得 由此可以推出 4%所以,此实验在规定的范围内验证了动量守恒定律
6、.【变式训练】(202X.全国)碰撞的恢复系数的定义为e，其中和分别是碰撞前两物体的速度,和分别是碰撞后两物体的速度弹性碰撞的恢复系数e=1.非弹性球2球1CBAMPN碰撞的e1,某同学借用验证动量守恒定律的实验装置（如图实16-所示)验证弹性碰撞的恢复系数是否为1，实验中使用半径相等的钢质小球1和2,(他们之间的碰撞可近似图实16-3视为弹性碰撞）,且小球1的质量大于小球2的质量.实验步骤如下安装实验装置,做好测量前的准备，并记下重锤线所指的位置O第一步,不放小球2，让小球1从斜槽上点由静止滚下，并落在地面上.重复多次，用尽可能小的圆把小球的所有落点圈在里面,其圆心就是小球落点的平均位置;第
7、二步，把小球2放在斜槽前端边缘处的C点,计小球1从A点由静止滚下,使它们碰撞，重复多次,并使用与第一步同样的方法分别标出碰撞后两小球落点的平均位置;第三步，用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置离O点的距离,即线段OM、OP、ON的长 在上述实验中, P点是 的平均位置；M点是 的平均位置；N点是 的平均位置.请写出本实验的原理 写出用测量表示的恢复系数的表达式 .三个落地点距O点的距离O、OP、ON与实验所用的小球质量是否有关？ .解析:本题考查的是验证动量守恒定律的实验原理小球1与小球2相碰后,小球1的速度要小于没有与小球2相碰时的速度,由碰撞规律可知,小球的速度要小于小球2的速度，利用以上
8、关系可确定各点对应的位置.即:P点是在实验的第一步中小球1落点的平均位置，M点是小球1与小球碰后小球落点的平均位置,N点是小球2落点的平均位置原理:小球从槽口C飞出后做平抛运动的时间相同，设为t,则有 小球2碰撞前静止,即 当小球下落时,由机械能守恒知,下落点与小球的质量无关,但小球1与小球碰撞时,碰撞后两球的速度与两球质量有关.即：OP与小球的质量无关，O和N与小的质量有关四、考能训练A 基础达标 1在“验证碰撞中的动量守恒”实验中,仪器按要求安装好后开始实验，第一次不放被碰小球,第二次把被碰小球直接静止放在斜槽末端的水平部分，在白纸上记录下重锤位置和各小球落点的平均位置依次为O、C,设入射
9、小球和被碰小球的质量分别为m1、m2，则下列说法中正确的有O A B CA第一、二次入射小球的落点依次是、B图实16-4B第一、二次入射小球的落点依次是B、A.第二次入射小球和被碰小球将同时落地该实验要验证的关系式为 m1AB= m.某同学用图实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。实验时先使球从斜槽上某一固定位置由静止开始滚下，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0个落点痕迹,再把B球放在水平槽末端在记录纸上的重直投影点。B球落点痕迹如图所示,其中米尺水平放置,且平行于G、R、O所在的平面,米尺的零点点对齐。图实
10、16-5 图实16-5（1)碰撞后B球的水平程应取为_cm。(2）在以下选项中，哪些是本次实验必须进行的测量？答:_(填选项号）。水平槽上未放B球时,测量A球落点位置到O点的距离B球与B球碰撞后，测量A球落点位置到点的距离C.测量A球或球的直径D测量球和B球的质量(或两球质量之比）.测量点相对于水平槽面的高度5在“验证动量守恒定律”的实验中，需要用的测量工具是 ,在这个实验中，我们只要测出小球飞行距离,就可用它来代表小球开始飞行的速度大小，其理由是 _图实16-64.在验证碰撞中动量守恒的实验中,所验证的是从斜槽某一位置滚下的小球在斜槽的水平出口处与静止于支架的小球发生对心碰撞时动量守恒，A、
11、两球半径都为且已知根据小球下落高度相同，飞行时间相等,运用等效替代的思想,我们可以用小球的_代替其速度（1)若小球A的质量为m，小球的质量为2,则质量大小关系必须满足m1_ m2（填“大于”“等于”或“小于”)（2）如图实16-所示，O是重锤线所指的位置,O是球的球心竖直投影位置、P、N分别是实验时小球落地点的平均位置则表示A、B两小球碰撞中动量守恒的表达式是_（）本实验的误差来源于操作中，如斜槽不够水平，两球球心不在同一水平面上，导致得不到准确的平抛运动和两个小球没有达到水平正碰,入射小球每次滚下没有由静止开始等,都给实验带来误差，请你再列出两处可能使实验产生误差的操作._ _在研究小球的弹性碰撞的实验中: 小球碰撞前、后速度是根据什么原理测出来的.答：_图实16-7 已知，小球的半径相同,都等于1.cm.如图实167所示，当球从A处沿斜槽滚下，经水平部分飞出后落在地面点处：当仍从A点滚下与放在螺旋栓上的另一个小球正碰后,分别落在地面上的M点和N点处用直尺测得OM1.cm，O=7.6cm,=52.3c.则为_m/s;_c/s;为_ m/s；为_ms（注意球半径)（设球下落到地面上所用时间为T）从这个实验得出的结论是：_
