7.32 实验：验证碰撞中的动量守恒
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m1和被碰小球m2、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 〖点拨〗选球时应保证入射球质量m1大于被碰小球质量m2，即m1>m2，避免两球落点太近而难找落地点，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。
球的半径要保证r1=r2（r1、r2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
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。
m1 m2
0` M P N
〖点拨〗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v1=OPOMON-OO`O`N=，v1`=，被碰小球碰后速度为v2`= tttt
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；v1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：m1·OP= m1·OM+m2·(ON－2r)，通过实验验证该结论是否成立。
四、 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r1和r2，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。
〖点拨〗重做实验时，斜槽、地板上白纸的位置要始终保持不变；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
入射球 r11= （kg）
被碰球 2= kg）
六、实验注意事项
〖点拨〗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。
〖易混点〗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。
〖易错点〗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。 〖易忘点〗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
八、思考题
1、实验中采用的两个小球的质量分别是m1、m2，且m1
2、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，支球柱质量虽小，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）
3、你能设计出更好的实验装置，尽量减小实验误差，来完成该实验吗？
4、在验证动量守恒定律的实验中，必须要求的条件是：
Ａ．轨道是光滑的； Ｂ．轨道末端的切线是水平的； Ｃ．ｍ1 和ｍ2 的球心在碰撞的瞬间在同一高度；
Ｄ．碰撞的瞬间ｍ1 和ｍ2 球心连线与轨道末端的切线平行；
Ｅ．每次ｍ1 都要从同一高度静止滚下。
5、在验证动量守恒定律的实验中，必须测量的量有：
Ａ．小球的质量ｍ1 和ｍ2 ； Ｂ．小球的半径r； Ｃ．桌面到地面的高度Ｈ； Ｄ．小球ｍ1 的起始高度ｈ； Ｅ．小球从抛出到落地的时间ｔ； Ｆ．小球ｍ1 未碰撞飞出的水平距离；
Ｇ．小球ｍ1和ｍ2 碰撞后飞出的水平距离。
6、实验时，小球的落点分别如右图的Ｍ、Ｎ、Ｐ点，应该比较下列哪两组数值在误差范围内相等，从而验证动量守恒定律：
OP； Ｂ．ｍ1 ·OM； Ａ．ｍ1·
OM＋ｍ2 ·ON； Ｄ．ｍ1 ·ON； Ｃ．ｍ1 ·
OM+ｍ2 ·OM＋ｍ2 ·Ｅ．ｍ1 ·(ON-2r )； Ｆ．ｍ1 ·(OP-2r ) 。
7.32 实验：验证碰撞中的动量守恒
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m1和被碰小球m2、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 〖点拨〗选球时应保证入射球质量m1大于被碰小球质量m2，即m1>m2，避免两球落点太近而难找落地点，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。
球的半径要保证r1=r2（r1、r2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
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。
m1 m2
0` M P N
〖点拨〗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v1=OPOMON-OO`O`N=，v1`=，被碰小球碰后速度为v2`= tttt
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；v1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：m1·OP= m1·OM+m2·(ON－2r)，通过实验验证该结论是否成立。
四、 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r1和r2，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。
〖点拨〗重做实验时，斜槽、地板上白纸的位置要始终保持不变；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
入射球 r11= （kg）
被碰球 2= kg）
六、实验注意事项
〖点拨〗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。
〖易混点〗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。
〖易错点〗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。 〖易忘点〗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
八、思考题
1、实验中采用的两个小球的质量分别是m1、m2，且m1
2、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，支球柱质量虽小，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）
3、你能设计出更好的实验装置，尽量减小实验误差，来完成该实验吗？
4、在验证动量守恒定律的实验中，必须要求的条件是：
Ａ．轨道是光滑的； Ｂ．轨道末端的切线是水平的； Ｃ．ｍ1 和ｍ2 的球心在碰撞的瞬间在同一高度；
Ｄ．碰撞的瞬间ｍ1 和ｍ2 球心连线与轨道末端的切线平行；
Ｅ．每次ｍ1 都要从同一高度静止滚下。
5、在验证动量守恒定律的实验中，必须测量的量有：
Ａ．小球的质量ｍ1 和ｍ2 ； Ｂ．小球的半径r； Ｃ．桌面到地面的高度Ｈ； Ｄ．小球ｍ1 的起始高度ｈ； Ｅ．小球从抛出到落地的时间ｔ； Ｆ．小球ｍ1 未碰撞飞出的水平距离；
Ｇ．小球ｍ1和ｍ2 碰撞后飞出的水平距离。
6、实验时，小球的落点分别如右图的Ｍ、Ｎ、Ｐ点，应该比较下列哪两组数值在误差范围内相等，从而验证动量守恒定律：
OP； Ｂ．ｍ1 ·OM； Ａ．ｍ1·
OM＋ｍ2 ·ON； Ｄ．ｍ1 ·ON； Ｃ．ｍ1 ·
OM+ｍ2 ·OM＋ｍ2 ·Ｅ．ｍ1 ·(ON-2r )； Ｆ．ｍ1 ·(OP-2r ) 。