动量守恒定律实验复习题

m1 m2

~ M N

0` 姓名 动量守恒实验期末复习

一、实验目的：1、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、实验器材

斜槽轨道（或J2135-1型碰撞实验器）、入射小球m 1和被碰小球m 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

注意：

%

①选球时应保证入射球质量m 1大于被碰小球质量m 2，即m 1>m 2，避免两球落点太近而难找落地点； ②避免入射球反弹的可能，通常入射球选钢球，被碰小球选有机玻璃球或硬胶木球。

③球的半径要保证r 1=r 2（r 1、r 2为入射球、被碰小球半径），因两球重心等高，使碰撞前后入射钢球能恰好由螺钉支柱顶部掠过而不相碰，以免影响球的运动。

三、实验原理

； 测质量的工具：

测速度的方案：

《 由于入射球和被碰小球碰撞前后均由同一高度飞出做平抛运动，飞行时

间相等，若取飞行时间为单位时间，则可用相等时间内的水平位移之比代替

水平速度之比。

注意：如图所示，根据平抛运动性质，入射球碰撞前后的速度分别为

v 1=t OP ，v 1`=t OM ，被碰小球碰后速度为v2`=t N O t OO ON ``=-

被碰小球碰撞前后的时间仅由下落高度决定，两球下落高度相同，时间

相同，所以水平速度可以用水平位移数值表示，如图所示；v 1用OP 表示；v′1

用OM 表示，v′2用O`N 表示，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：m 1·OP= m 1·OM+m 2·(ON －2r)，通过实验验证该结论是否成立。

三、实验步骤

^

（1）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。

（3）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。

（5）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表，游标卡尺测出入射球和被碰小球的半径r 1和r 2，在ON 上取

OO`=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。

（7）改变入射球的高度，重复上述实验步骤，再做一次。

注意：①重做实验时，斜槽、地板上白纸的位置要始终保持不变；

②入射球的高度要适宜，过高会使水平速度偏大，致使落地点超越原地白纸；过低会使碰撞前后

速度偏小，使落地点彼此靠近分不清，测量两球的水平位移分度不大。

五、实验记录

~

六、实验注意事项

1、表格中每一次实验数据均指两球碰撞10次所取的平均值，不要误解为只碰一次。

2、入射球的平抛坐标原点“O”与上一个实验“研究平抛物体的运动”的坐标原点O，确定方法混淆。

3、两球碰撞前后的速度值是哪一段对应的水平位移数值表示分辩不清。

4、碰撞成功的条件m1>m2；落地点要取多次的平均位置。

-

七、实验结论

从实验表格中的数据计算表明，在误差范围内入射球（m1）和被碰小球（m2）碰撞前后水平方向的总动量守恒，即m1·OP= m1·OM+m2·(ON－2r)

八、思考题

1、实验中发现碰撞后系统（m1、m2）水平方向的总动量小于碰撞前系统水平方向的总动量，请分析误差来源

可能性分析：

)

a、被碰小球被碰时难免受到支球螺柱的摩擦力，支柱质量虽小，碰时得到一些动量。

b、难做到准确的正碰，难得到准确的平抛。

c、O、O′、P、M、N各点定位不准确。

d、测量和作图有偏差。

e、仪器和重复实验操作不一定一致：

*

（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）

九．典型题型

.

1．碰撞中的动量守恒实验中，让质量为m1的小球从斜面上某处自由滚下，与静止在支柱上质量为m2的小球发生对心碰撞，则：

①两小球质量的关系应满足

A. m1=m2

B. m1>m2

C. m1

D.没有限制

②实验必须满足的条件是

A.斜槽轨道必须光滑

】

B.轨道末端的切线必须是水平的

C.入射球m1每次必须从同一高度静止滚下

D.入射球m1和被碰球m2的球心在碰撞瞬间必须在同一高度

E. 碰撞的瞬间ｍ1和ｍ2球心连线与轨道末端的切线平行

③实验中必须测量的量是；没有必要的测量是.

"

A.小球的质量m1和m2

B.小球半径R1和R2

C.桌面离地的高度H

D.小球起始高度

E.从两球相碰到两球落地的时间

F.小球m1单独滚下的水平距离

G.两小球m1和m2相碰后飞出的水平距离

2．做“验证动量守恒定律”实验时，要用到的测量工具有（）

A.秒表

B.毫米刻度尺

C.天平

D. 量角器

,

3．整个实验过程中，入射小球每次滚下都应从斜槽上同一位置无初速释放，这是为了（）

A.保证小球每次都水平地飞出槽口

B.保证小球每次都以相同速度飞出槽口

C.保证小球在空中飞行时间不变

D.保证小球每次都沿同一方向运动

4．在“验证动量守恒定律”实验中，小球碰撞前后的速度可以用小球飞出的水平距离来表示，其原因是（）

A.小球飞出后的加速度相同

;

B.小球飞出后，水平方向的速度相同

C.小球在水平方向都做匀速直线运动，水平位移与时间成正比

D.小球在水平方向都做匀速直线运动，且从同一高度平抛，在空中飞行的时间相同，水平位移与初速度成正比5．“验证动量守恒定律”实验设计的巧妙之处是将不易测量的三个速度值转化为容易测量的三个对应的平抛运动的。要求的条件是：测量上述三个量时，球都必须做运动，并且相同。

6．在做“验证动量守恒定律”实验中，必须要求的条件是（）

'

A.斜槽轨道必须是光滑的

B.斜槽轨道末端点的切线是水平的

C.入射球每次都从同一高度由静止滚下

D.碰撞的瞬间，入射球与被碰球的球心连线与轨道末端的切线平行。

7．研究“碰撞中动量守恒的实验中入射小球在斜槽上释放点的高低对实验影响的下列说法中，正确的是（）

%

A.释放点越低，小球受阻力越小，入射小球速度小，误差小.

B.释放点越低，两球碰后水平位移小，水平位移测量的相对误差越小，两小球速度的测量越准确.

C.释放点越高，两球相碰时相互作用的内力越大，碰撞前后系统的动量之差越小，误差越小.

D.释放点越高，入射小球对被碰小球的作用越小，误差越小.

8．在“验证动量守恒定律”实验时，下列关于小球落点的说法中正确的是（）!

A.如果小球每次从同一高度无初速度释放，重复几次的落点是一定的。

B.由于偶然因素的存在，重复操作时小球落点不重合是正常的，但落点应当比较密集。

C.测定P点位置时，如果重复10次的落点分别为P1、P2、P3、P4、…P10，则OP应取OP1、OP2、OP3、…

OP10的平均值

D.用半径尽量小的圆把P1、P2、P3、…P10圈住，这个圆的圆心是入射小球落花流点的平均位置P

9.在做“验证动量守恒定律”实验中，不需要测量的物理量有（）

-

A.入射小球和被碰小球的质量

B.入射小球和被碰小球的直径

C.斜槽轨道的末端距地面的高度

D.入射球开始滚下时的初始位置与碰撞前位置的高度差

10.如图所示，M、N和P为“验证动量守恒定律”实验中小球的落点，已知入射球质量为m1，被碰球质量为m2，如果碰撞中动量守恒，则有（）

|

·（OP-OM）=m

2

·

ON·(OP-OM)=m2·N

O'

·(OP+OM)=m

2

·

N

O'·OP=m2·(N

O'+OM)

11．做“验证动量守恒定律”实验时，造成误差的主要因素为（）

A.碰撞前后两球的速度方向不是水平的

B.长度测量中的误差

C.存在摩擦、空气阻力等外力

D.通过复写纸描得的各落点不是理想的点，有一定的大小，从而带来作图上的误差。

#

12．

r(cm)m1(g)m2(g)OP(cm).

OM(cm)

O′N(cm)

在上表中，r是两小球的半径，m1是入射小球的质量，m2是被碰小球的质量，OP是入射球从槽上自由滚下落地的水平距离，OM是入射球与被碰球碰撞后落地的水平距离，O′

N是被碰球碰撞后落地的水平距离。试根据表格中所列数据，验证该实验中动

量是否守恒

13．在做“验证动量守恒定律”实验中，入射球质量m1=15g，被碰小球质量

m2=10g，由实验测得它们在碰撞前后的s-t图象如图，由图可知，入射小球碰

撞前的动量是，入射小球碰撞后的动量是，碰撞后被

碰小球的动量是，由此得出结论。

14.某同学设计了一个用打点计时器验证动量守恒定律的实

验：在小车A的前端粘有橡皮泥，推动小车A使之做匀速运

动，然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体，继

续做匀速运动.他设计的具体装置如图所示.在小车A后连着

纸带，电磁打点计时器电源频率为50 Hz，长木板下垫着小

木片用以平衡摩擦力.

（1）若已得到打点纸带如图并测得各相邻计数

点间距标在图上.A为运动起始的第一点.则应选_____________段来计算A的碰前速度.应选____________段来计算A和B碰后的共同速度.(以上两格填“AB”或“BC”或“CD”或“DE”).（2）已测得小车A的质量m1=0.40 kg，小车B的质量m2=0.20 kg.由以上测量结果可得：碰前总动量=____________kg·m/s;碰后总动量=____________kg·m/s.由此得出结论_______________________．16.某同学用图甲所示装置通过半径相同的A、B两

球的碰撞来寻找碰撞中的不变量，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C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C由静止开始滚下，和B球碰

撞后，A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹，重复这种操作10次，图中O是水平槽末端口在记录纸上的垂直投影点，P，为未放被碰小球B时A球的平均落点，M为与B球碰后A球的平均落点，N 为被碰球B的平均落点．若B球落点痕迹如图乙所示，其中米尺水平放置，且平行于OP，，米尺的零点与O点对齐．

（1）两小球质量及大小关系应满足

=mB >mB

（2）碰撞后B球的水平射程应为cm

（3）本实验我们要验证等式：是否成立。