《验证动量守恒定律》实验中速度测定的三条思路-论文网

论文摘要：《验证动量守恒定律》实验中速度测定的三条思路-论文网
论文关键词：验证,动量,守恒定律,实验,速度
 

《验证动量守恒定律》的实验题目很多，实验原理都是测定相互作用前、后系统的动量在实验允许的误差范围内是否相等。动量是由质量和速度构成的，故所有《验证动量守恒定律》的实验都是围绕测定瞬时速度而设计的。瞬时速度测定的测定通常是根据以下三条思路：①根据平抛运动的规律，②根据机械能守恒定律，③根据匀速直线运动的规律。本文就从这三个方面谈谈速度测定的具体思路。

一、利用平抛运动的规律求速度

（1）物体落在水平面上

例1：用半径相同的两小球A、B的碰撞验证动量守恒定律，实验装置如图1所示，斜槽与水平槽圆滑连接。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记为P。再把B球放在水平槽前端边缘处，让A球仍从C处由静止滚下，A球碰撞后落在记录纸上留下的痕迹记为M，B球碰撞后落在记录纸上留下的痕迹记为N。记录纸上的点是重垂线所指的位置，测得各落点痕迹到点的距离。只要满足关系式，则说明碰撞中动量是守恒的．

分析：由平抛的运动规律，和平抛的高度一定可推出初速度。只要满足关系式=，则说明碰撞中系统动量是守恒的。

（2）物体落在竖直面上

例2：为了验证动量守恒定律，某同学选取了两个体积相同、质量不等的小球。按下述步骤做了如下实验：

步骤1：用天平测出两个小球质量m和m，且m>m。

步骤2：安装好实验装置如图2所示，使槽的末端的切线水平，将另一木条竖直固定在右侧。

步骤3：先不在斜槽的末端B点放小球m，让小球m从顶端自A处静止释放，记下小球在竖直面上的落点位置E。

步骤4：将小球m放在斜槽末端B点，让小球m从顶端A处静止释放，使它们碰撞，记下小球m在竖直面上的落点位置F和m在竖直面上的落点位置D。

步骤5：找出小球放在斜槽末端时小球球心对应的木板上的等高点C。

步骤6：用刻度尺量出落点D、E和F到C点的距离分别为L、L和L。

只要满足关系式，则说明碰撞中动量是守恒的．

分析：由平抛运动的规律，和水平方向的位移一定可推出初速度，只要满足关系式，则说明碰撞中系统动量是守恒的。

（3）物体落在斜面上

例3：为了验证碰撞中的动量守恒，某同学选取了两个体积相同、质量不等的小球，按下述步骤做了如下实验：

①用天平测出两个小球的质量分别为和且．

②按照如图3所示的那样，安装好实验装置．将斜槽AB固定在桌边，使槽的末端点的切线水平．将一斜面BC连接在斜槽末端．

③先不放小球，让小球从斜槽顶端A处由静止

开始滚下，记下小球在斜面上的落点位置E．

④将小球放在斜槽前端边缘处，让小球从斜槽顶端A处滚下，使它们发生碰撞，记下小球在斜面上的落点位置D和小球在斜面上的落点位置F．

⑤用毫米刻度尺量出各个落点位置到斜槽末端点B的距离．图中D、E、F点是该同学记下的小球在斜面上的几个落点位置到B点的距离分别为、、．

根据该同学的实验用测得的物理量来表示，只要满足关系式，则说明碰撞中动量是守恒的．

分析：设斜面的倾角为，由平抛运动的规律、可知平抛的初速度.故只要满足关系式，则说明碰撞中系统动量是守恒的。

二、利用机械能守恒的规律求速度

例4：图4是用来验证动量守恒定律的实验装置，弹性球1用细线悬挂于点，点下方桌子的边沿有一竖直立柱。实验时，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。现已测出A点离水平桌面的距离为a，B点离水平桌面的距离为b，C点与桌子边沿间的水平距离为c，球1的质量为和球2的质量为，立柱的高为h，桌面离地面的高为H。根据测量的数据可得该实验中验证动量守恒的表达式为_________________。

分析：被碰小球（球2）碰后的速度仍然是根据平抛运动的规律求出即，主碰小球（球1）碰前和碰后的速度均由机械能守恒的规律求出，令碰前的速度为，碰后的速度为，则由机械能守恒规律，解得

，解得。代入，化简得验证

动量守恒的表达式为

三、由匀速直线运动的规律求速度

（1）已知时间测位移

例5：如图5甲所示，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：在光滑水平面上，小车A的左端粘有橡皮泥，小车A受到外界水平冲量作用后做匀速运动，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。

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