实验十六 验证动量守恒定律

实验十六验证动量守恒定律
1．如图所示，在实验室用两端带有竖直挡板C和D的气垫导
轨和有固定挡板的质量都是M的滑块A和B做“探究碰撞中的守恒
量”的实验，实验步骤如下：
Ⅰ.把两滑块A和B紧贴在一起，在A上放质量为m的砝码，
置于导轨上，用电动卡销卡住A和B，在A和B的固定挡板间放入
一轻弹簧，使弹簧处于水平方向上的压缩状态；
Ⅱ.按下电钮使电动卡销放开，同时启动两个记录两滑块运动时间的电子计时器，当A 和B与固定挡板C和D碰撞时，电子计时器自动停表，记下A至C的运动时间t1，B至D 的运动时间t2；
Ⅲ.重复几次，取t1和t2的平均值．
(1)在调整气垫导轨时应注意_______________________________；
(2)应测量的数据还有______________________________________；
(3)只有关系式________成立，即可得出碰撞中守恒的量是动量的矢量和．
解析：(1)使气垫导轨水平
(2)滑块A的左端到挡板C的距离s1和滑块B的右端到挡板D的距离s2
(3)由动量守恒定律列方程式(M＋m)s1/t1＝Ms2/t2
答案：见解析
2．如图所示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的气垫导轨以及滑块A和B来验证动量守恒定律，实验装置如图所示(弹簧的长度忽略不计)，采用实验步骤如下：
a．用天平分别测出滑块A、B的质量m A、m B.
b．调整气垫导轨，使导轨处于水平．
c．在A和B间放入一个被压缩的轻弹簧，用电动卡锁锁定，静止放置在气垫导轨上．d．用刻度尺测出A的左端至C板的距离L1.
e．按下电钮放开卡锁，同时使分别记录滑块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挡板时停止计时，记下A、B分别到达C、D的运动时间t1和t2.
(1)实验中还应测量的物理量是_________________________________．
(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，产生误差的原因是
_______________________________________________________．
解析：(1)实验要验证A、B被弹簧弹离后动量大小是否相同，必须计算出两滑块的速度，因此实验过程中还必须测出B的右端至D板的距离L2.
因数μ，查出当地的重力加速度g.
B．用细线将滑块A、B连接，使A、B间的弹簧压缩，滑块B紧靠在桌边．
C．剪断细线，测出滑块B做平抛运动落地时到重垂线的水平位移x1和滑块A沿桌面滑行距离x2.
(1)为验证动量守恒，写出还须测量的物理量及表示它的字母：_________.
(2)动量守恒的表达式为__________________________．
4．如图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O点，O点下方桌子的边沿有一竖直立柱．实验时，调节悬点，使弹性球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，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B点，球2落到水平地面上的C点．测出有关数据即可验证1、2两球碰撞时动量守恒．现已测出A点离水平桌面的距离为a.B点离水平桌面的高度为b，C点与桌子边沿间的水平距离为c.此外，
(1)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a和b，
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m1，
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h和桌面高H就可以求出弹性球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h、桌面高H就能求出弹性球2的动量变化．
(2)根据(1)的解析可以写出动量守恒的方程为
2m1a－h＝2m1b－h＋m2
c
H＋h
.
答案：(1)弹性球1、2的质量m1、m2立柱高h桌面高H
(2)2m1a－h＝2m1b－h＋m2
c
H＋h
5．某同学利用打点计时器和气垫导轨做验证动量守恒定律的实验．气垫导轨装置如图所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成．在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔，向导轨空腔内不断通入压缩空气，空气会从小孔中喷出，使滑块稳定地漂浮在导轨上，这样就大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差．
(1)下面是实验的主要步骤：
①安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；
②向气垫导轨通入压缩空气；
③把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧，将纸带穿过打点计时器与弹射架并固定在滑块1的左端，调节打点计时器的高度，直至滑块拖着纸带移动时，纸带始终在水平方向；
④使滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；
⑤把滑块2放在气垫导轨的中间；
⑥先________，然后________，让滑块带动纸带一起运动；
⑦取下纸带，重复步骤④⑤⑥，选出理想的纸带如图(b)所示；
⑧测得滑块1的质量310 g，滑块2(包括橡皮泥)的质量为205 g.
完善实验步骤⑥的内容．
(2)已知打点计时器每隔0.02 s打一个点，计算可知两滑块相互作用以前系统的总动量为________kg·m/s；两滑块相互作用以后系统的总动量为________kg·m/s(保留三位有效数字)．
(3)试说明(2)中两结果不完全相等的主要原因是______________________.
(2)0.6200.618
(3)纸带与打点计时器限位孔有摩擦。