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實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證碰撞中的動(dòng)量守恒
實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br/>1、研究碰撞（對(duì)心正碰）中的動(dòng)量守恒
2、培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)驗(yàn)?zāi)芰吞剿骶?br/>實(shí)驗(yàn)器材
斜槽軌道（或J2135-1型碰撞實(shí)驗(yàn)器）、入射小球m1和被碰小球m2、天平（附砝碼一套）、游標(biāo)卡尺、毫米刻度尺、白紙、復(fù)寫紙、圓規(guī)、小鉛錘
〖點(diǎn)撥〗選球時(shí)應(yīng)保證入射球質(zhì)量m1大于被碰小球質(zhì)量m2，即m1>m2，避免兩球落點(diǎn)太近而難找落地點(diǎn)，避免入射球反彈的可能，通常入射球選鋼球，被碰小球選有機(jī)玻璃球或硬膠木球。
球的半徑要保證r1=r2（r1、r2為入射球、被碰小球半徑），因兩球重心等高，使碰撞前后入射鋼球能恰好由螺釘支柱頂部掠過而不相碰，以免影響球的運(yùn)動(dòng)。
三、實(shí)驗(yàn)原理
由于入射球和被碰小球碰撞前后均由同一高度飛出做平拋運(yùn)動(dòng)，飛行時(shí)間相等，若取飛行時(shí)間為單位時(shí)間，則可用相等時(shí)間內(nèi)的水平位移之比代替水平速度之比。
〖點(diǎn)撥〗如圖所示，根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，入射球碰撞前后的速度分別為v1=，v1`=，被碰小球碰后速度為v2`=
被碰小球碰撞前后的時(shí)間僅由下落高度決定，兩球下落高度相同，時(shí)間相同，所以水平速度可以用水平位移數(shù)值表示，如圖所示；v1用OP表示；v′1用OM表示，v′2用O`N表示，其中O為入射球拋射點(diǎn)在水平紙面上的投影，（由槽口吊鉛錘線確定）O′為被碰小球拋射點(diǎn)在水平紙面上的投影，顯然明確上述表示方法是實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵。
于是，上述動(dòng)量關(guān)系可表示為：m1·OP=
m1·OM+m2·(ON－2r)，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該結(jié)論是否成立。
實(shí)驗(yàn)步驟
將斜槽固定在桌邊使末端點(diǎn)的切線水平。
讓入射球落地后在地板上合適的位置鋪上白紙并在相應(yīng)的位置鋪上復(fù)寫紙。
用小鉛錘把斜槽末端即入射球的重心投影到白紙上O點(diǎn)。
不放被碰小球時(shí)，讓入射小球10次都從斜槽同一高度由阻止開始滾下落在復(fù)寫紙上，用圓規(guī)找出落點(diǎn)的平均位置P點(diǎn)。
（5）把入射球放在槽口末端露出一半，調(diào)節(jié)支柱螺柱，使被碰小球與入射球重心等高且接觸好，然后讓入射球在同一高度滾下與被碰小球碰10次，用圓規(guī)找出入射球和碰小球的平均位置M、N。
（6）用天平測出兩個(gè)球的質(zhì)量記入下表，游標(biāo)卡尺測出入射球和被碰小球的半徑r1和r2，在ON上取OO`=2
r，即為被碰小球拋出點(diǎn)投影，用刻度尺測出其長度，記錄入表內(nèi)。
（7）改變?nèi)肷淝虻母叨龋貜?fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟，再做一次。
〖點(diǎn)撥〗重做實(shí)驗(yàn)時(shí)，斜槽、地板上白紙的位置要始終保持不變；入射球的高度要適宜，過高會(huì)使水平速度偏大，致使落地點(diǎn)超越原地白紙；過低會(huì)使碰撞前后速度偏小，使落地點(diǎn)彼此靠近分不清，測量兩球的水平位移分度不大。
實(shí)驗(yàn)記錄
入射球
r1=
(m), m1=
（kg）
被碰球
r2 =
(m), m2=
（kg）
實(shí)驗(yàn)次數(shù)
入射球(m1)
被碰球 (m2)
m1
與m2碰前總動(dòng)量m1·OP
m1
與m2碰后總動(dòng)量m1·OM+m2·(ON－2r)
碰前平拋水平距離OP(m)
碰后平拋水平距離OM(m)
碰后平拋水平距離OM
O`N(m)
1
2
3
六、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)
〖點(diǎn)撥〗表格中每一次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均指兩球碰撞10次所取的平均值，不要誤解為只碰一次。
〖易混點(diǎn)〗入射球的平拋?zhàn)鴺?biāo)原點(diǎn)“O”與上一個(gè)實(shí)驗(yàn)“研究平拋物體的運(yùn)動(dòng)”的坐標(biāo)原點(diǎn)O，確定方法混淆。
〖易錯(cuò)點(diǎn)〗兩球碰撞前后的速度值是哪一段對(duì)應(yīng)的水平位移數(shù)值表示分辯不清。
〖易忘點(diǎn)〗碰撞成功的條件m1>m2；落地點(diǎn)要取多次的平均位置。
七、實(shí)驗(yàn)結(jié)論
從實(shí)驗(yàn)表格中的數(shù)據(jù)計(jì)算表明，在誤差范圍內(nèi)入射球（m1）和被碰小球（m2）碰撞前后水平方向的總動(dòng)量守恒，即
m1·OP=
m1·OM+m2·(ON－2r)
八、思考題
1、實(shí)驗(yàn)中采用的兩個(gè)小球的質(zhì)量分別是m1、m2，且m1<
m2；兩小球的半徑對(duì)應(yīng)為r1、r2，且r1<
r2。斜槽軌道的摩擦可忽略不計(jì)，本實(shí)驗(yàn)應(yīng)怎樣做？
2、實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)碰撞后系統(tǒng)（m1、m2）水平方向的總動(dòng)量小于碰撞前系統(tǒng)水平方向的總動(dòng)量，請(qǐng)分析誤差來源？
〖可能性分析〗a、被碰小球被碰時(shí)難免受到支球螺柱的摩擦力，支球柱質(zhì)量雖小，碰時(shí)得到一些動(dòng)量。
b、難做到準(zhǔn)確的正碰，難得到準(zhǔn)確的平拋。
c、O、O′、P、M、N各點(diǎn)定位不準(zhǔn)確。
d、測量和作圖有偏差。
e、儀器和重復(fù)實(shí)驗(yàn)操作不一定一致（如入射球每次不是從同一高度下落、斜槽或白紙位置發(fā)生變動(dòng)）
3、你能設(shè)計(jì)出更好的實(shí)驗(yàn)裝置，盡量減小實(shí)驗(yàn)誤差，來完成該實(shí)驗(yàn)嗎？
4、在驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，必須要求的條件是：
Ａ．軌道是光滑的；
Ｂ．軌道末端的切線是水平的；
Ｃ．ｍ1
和ｍ2
的球心在碰撞的瞬間在同一高度；
Ｄ．碰撞的瞬間ｍ1
和ｍ2
球心連線與軌道末端的切線平行；
Ｅ．每次ｍ1
都要從同一高度靜止?jié)L下。
5、在驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，必須測量的量有：
Ａ．小球的質(zhì)量ｍ1
和ｍ2
；
Ｂ．小球的半徑r；
Ｃ．桌面到地面的高度Ｈ；
Ｄ．小球ｍ1
的起始高度ｈ；
Ｅ．小球從拋出到落地的時(shí)間ｔ；
Ｆ．小球ｍ1
未碰撞飛出的水平距離；
Ｇ．小球ｍ1和ｍ2
碰撞后飛出的水平距離。
6、實(shí)驗(yàn)時(shí)，小球的落點(diǎn)分別如右圖的Ｍ、Ｎ、Ｐ點(diǎn)，應(yīng)該比較下列哪兩組數(shù)值在誤差范圍內(nèi)相等，從而驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律：
Ａ．ｍ1·；
Ｂ．ｍ1
·；
Ｃ．ｍ1
·；
Ｄ．ｍ1
·＋ｍ2
·；
Ｅ．ｍ1
·+ｍ2
·(
)；
Ｆ．ｍ1
·＋ｍ2
·(
)
。
m1
m2
P
M
N
0`

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