高中物理知識(shí)全解 6.9 驗(yàn)證碰撞過程中的動(dòng)量守恒.doc

高中物理知識(shí)全解 6.9 驗(yàn)證碰撞過程中的動(dòng)量守恒實(shí)驗(yàn)?zāi)康难芯颗鲎策^程中，系統(tǒng)動(dòng)量守恒。實(shí)驗(yàn)原理一個(gè)質(zhì)量較大的小球從斜槽滾下來(lái)，跟放在斜槽前邊小支柱上另一質(zhì)量較小的小球球發(fā)生碰撞后兩小球都做平拋運(yùn)動(dòng)。由于兩小球下落的高度相同，所以它們的飛行時(shí)間相等，這樣如果用小球的飛行時(shí)間作時(shí)間單位，那么小球做平拋運(yùn)動(dòng)飛出的有效水平距離在數(shù)值上就等于它的水平速度。因此，只要分別測(cè)出兩小球的質(zhì)量，和不放被碰小球時(shí)入射小球在空中做平拋運(yùn)動(dòng)飛出的有效水平距離，以及入射小球與被碰小球碰撞后在空中做平拋運(yùn)動(dòng)飛出的有效水平距離，若在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)與相等，就驗(yàn)證了兩小球碰撞前后總動(dòng)量守恒。實(shí)驗(yàn)器材碰撞實(shí)驗(yàn)器（斜槽、重錘線），兩個(gè)半徑相等而質(zhì)量不等的小球，白紙，復(fù)寫紙，天平和砝碼，刻度尺，游標(biāo)卡尺（選用），圓規(guī)等。實(shí)驗(yàn)步驟1、用天平測(cè)出兩個(gè)小球的質(zhì)量和（假設(shè)）。2、安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，將斜槽固定在桌邊，并使斜槽末端點(diǎn)的切線水平。3、在水平地面上鋪一張白紙，白紙上鋪放一張復(fù)寫紙。4、在白紙上記下重錘線所指的位置o，它表示入射球碰前的位置。5、先不放被碰小球，讓入射小球從斜槽上同一高度處由靜止開始滾下，重復(fù)10次，用圓規(guī)作盡可能小的圓把所有的小球落點(diǎn)圈在里面，圓心就是入射球不發(fā)生碰撞時(shí)的落地點(diǎn)的平均位置p。6、把被碰小球放在小支柱上，調(diào)節(jié)裝置使兩小球相碰時(shí)處于同一水平高度，確保入射球運(yùn)動(dòng)到軌道出口端時(shí)恰好與被碰小球接觸而發(fā)生正碰。7、再讓入射小球從上述5步驟的同一高度處由靜止開始滾下，使兩球發(fā)生正碰，重復(fù)10次，仿步驟5求出入射小球的落地點(diǎn)的平均位置m和被碰小球落地點(diǎn)的平均位置n。8、過o、n作一直線，取（可用游標(biāo)卡尺測(cè)出一個(gè)小球的直徑，也可用刻度尺測(cè)出兩小球緊靠在一起時(shí)球心間的距離），就是被碰小球的球心碰前時(shí)在豎直方向的投影位置。9、用刻度尺量出線段的長(zhǎng)度，多量幾次求平均值、10、分別算出與的值，看與在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)是否相等。注意：在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)即碰撞過程中系統(tǒng)總動(dòng)量守恒。拓展：若實(shí)驗(yàn)裝置如下圖所示，則驗(yàn)證：在誤差允許的范圍內(nèi)是否成立即可驗(yàn)證碰撞過程中系統(tǒng)的總動(dòng)量是否守恒。注意事項(xiàng)1、兩小球的半徑要相等而易發(fā)生正碰，且應(yīng)使入射小球的質(zhì)量大于被碰小球的質(zhì)量。2、要調(diào)節(jié)好實(shí)驗(yàn)裝置，使固定在桌邊的斜槽末端點(diǎn)的切線水平，小支柱與槽口間的距離使其等于小球直徑，而且兩球相碰時(shí)處在同一高度，碰撞后的速度方向在同一直線上。3、每次入射小球從槽上相同位置由靜止?jié)L下，可在斜槽上適當(dāng)高度處固定一檔板，使小球靠著檔板，然后靜止釋放小球。4、入射球的釋放點(diǎn)越高，入射球碰前速度越大，相碰時(shí)內(nèi)力越大，阻力的影響相對(duì)減小，可以較好地滿足動(dòng)量守恒的條件，也有利于減少測(cè)量水平位移時(shí)的相對(duì)誤差，從而使實(shí)驗(yàn)的誤差減小。5、白紙鋪好后不能移動(dòng)，且白紙?jiān)谙?，?fù)寫紙?jiān)谏?。誤差分析1、系統(tǒng)誤差：主要來(lái)源于裝置本身是否符合要求。i、碰撞是否為一維碰撞。ii、實(shí)驗(yàn)是否滿足動(dòng)量守恒的條件(例如兩球是否一樣大等)。2、偶然誤差：主要來(lái)源于質(zhì)量m和長(zhǎng)度s的測(cè)量誤差。【例題】碰撞的恢復(fù)系數(shù)的定義為，其中v10和v20分別是碰撞前兩物體的速度，v1和v2分別是碰撞后物體的速度。彈性碰撞的恢復(fù)系數(shù)e=1，非彈性碰撞的e1。某同學(xué)借用驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置（如下圖所示）驗(yàn)證彈性碰撞的恢復(fù)系數(shù)是否為1，實(shí)驗(yàn)中使用半徑相等的鋼質(zhì)小球1和2（它們之間的碰撞可近似視為彈性碰撞），且小球1的質(zhì)量大于小球2的質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)步驟如下：安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，做好測(cè)量前的準(zhǔn)備，并記下重錘線所指的位置o。第一步，不放小球2，讓小球1從斜槽上a點(diǎn)由靜止?jié)L下，并落在地面上。重復(fù)多次，用盡可能小的圓把小球的所落點(diǎn)圈在里面，其圓心就是小球落點(diǎn)的平均位置。第二步，把小球2 放在斜槽前端邊緣處c點(diǎn)，讓小球1從a點(diǎn)由靜止?jié)L下，使它們相碰。重復(fù)多次，并使用與第一步同樣的方法分別標(biāo)出碰撞后兩小球落點(diǎn)的平均位置。第三步，用刻度尺分別測(cè)量三個(gè)落地點(diǎn)的平均位置離o點(diǎn)的距離，即線段om、op、on的長(zhǎng)度。上述實(shí)驗(yàn)中，（1）p點(diǎn)是 平均位置，m點(diǎn)是