高中实验-碰撞中的动量守恒
碰撞中的动量守恒
[实验目的]
研究在弹性碰撞的过程中，相互作用的物体系统动量守恒。
[实验原理]
一个质量较大的小球从斜槽滚下来，跟放在斜槽前边小支柱上另一
质量较小的球发生碰撞后两小球都做平抛运动。由于两小球下落的高度
相同，所以它们的飞行时间相等，这样如果用小球的飞行时间作时间单
位，那么小球飞出的水平距离在数值上就等于它的水平速度。因此，只
要分别测出两小球的质量m 1、m 2，和不放被碰小球时入射小球在空中飞
出的水平距离s 1，以及入射小球与被碰小球碰撞后在空中飞出的水平距
离s 1' 和s 2' ，若m 1s 1在实验误差允许范围内与m 1s 1'+m2s 2' 相等，就验证了
两小球碰撞前后总动量守恒。
[实验器材]
碰撞实验器（斜槽、重锤线），两个半径相等而质量不等的小球；白纸；复写纸；天平和砝码；刻度尺，游标卡尺（选用），圆规。
[实验步骤]
1．用天平测出两个小球的质量m 1、m 2。
2．安装好实验装置，将斜槽固定在桌边，并使斜槽末端点的切线水平。
3．在水平地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸。
4．在白纸上记下重锤线所指的位置O ，它表示入射球m 1碰前的位置。
5．先不放被碰小球，让入射球从斜槽上同一高度处由静止开始滚下，重复10次，用圆规作尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面，圆心就是入射球不碰时的落地点的平均位置P 。
6．把被碰球放在小支柱上，调节装置使两小球相碰时处于同一水平高度，确保入射球运动到轨道出口端时恰好与靶球接触而发生正碰。
7．再让入射小球从同一高度处由静止开始滚下，使两球发生正碰，重复10次，仿步骤
（5）求出入射小球的落点的平均位置M 和被碰小球落点的平均位置N 。
8．过O 、N 作一直线，取OO'=2r（可用游标卡尺测出一个小球的直径，也可用刻度尺测出紧靠在一起的两小球球心间的距离），O' 就是被碰小球碰撞时的球心竖直投影位置。
9．用刻度尺量出线段OM 、OP 、O'N 的长度。
10．分别算出m 1·OP 与m 1·OM +m2·O ' N 的值，看m 1·OP 与m 1·OM +m2·O ' N 在实验误差允许的范围内是否相等。
[注意事项]
1．应使入射小球的质量大于被碰小球的质量。
2．要调节好实验装置，使固定在桌边的斜槽末端点的切线水平，小支柱与槽口间距离使其等于小球直径，而且两球相碰时处在同一高度，碰撞后的速度方向在同一直线上。
3．每次入射小球从槽上相同位置由静止滚下，可在斜槽上适当高度处固定一档板，使小球靠着挡板，然后释放小球。
4．白纸铺好后不能移动。
[例题]
1．因为下落高度相同的平抛小球（不计空气阻力）的________相同，所以我们在“碰撞中的动量守恒”实验中可以用________作为时间单位，那么，平抛小球的________在数值上等于小球平抛的初速度。
答案：飞行时间，飞行时间，水平位移。
2．如图所示为“碰撞中的动量守恒”实验装置示意图。
(1)入射小球1与被碰小球2直径相同，均为d ，它们的质量相比较，应是m 1________m2。
(2)为了保证小球做平抛运动，如何调整斜槽？
(3)之后的实验步骤为：
A ．在地面上依次铺白纸和复写纸。
B ．确定重锤对应点O 。
C ．不放球2，让球1从斜槽滑下，确定它落地点位置P 。
D ．把球2放在立柱上，让球1从斜槽滑下，与球2正碰后，确定球1和球2落地点位置M 和N 。
E ．用刻度尺量OM 、OP 、ON 的长度。
F ．看m 1OM +m 2ON 与m 1OP 是否相等，以验证动量守恒。
上述步骤有几步不完善或有错误，请指出并写出相应的正确步骤。
答案：（1）＞ （2）其末端切线水平 （3）D 选项中，球1应从与C 项相同高度滑下；P 、M 、N 点应该是多次实验落地点的平均位置。F 项中，应看m 1OM +m 2(ON -d ) 与m 1OP 是否相等。
3．某同学用图1所示装置通过半径相同的A 、B 两球的碰撞来验证动量守恒定律，图中PQ 是斜槽，QR 为水平槽。实验时先使A 球从斜槽上某一固定位置G 由静止开始滚下，落到位于水平地面的记录纸上，留下痕迹。重复上述操作10次，得到10个落点痕迹。再把B 球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让A 球仍从位置G 由静止开始滚下，和B 球碰撞后，
A 、B 球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹。重复这种操作10次。图1中O 点是水平槽末端R 在记录纸上的垂直投影点。B 球落点痕迹如图2所示，其中米尺水平放置，且平行于G 、R 、O 所在的平面，米尺的零点与O 点对齐。
（1）碰撞后B 球的水平射程应取为__________cm。
（2）在以下选项中，哪些是本次实验必须进行的测量？答：__________(填选项号) 。
A ．水平槽上未放B 球时，测量A 球落点位置到O 点的距离
B ．A 球与B 球碰撞后，测量A 球落点位置到O 点的距离
C ．测量A 球或B 球的直径
D ．测量A 球和B 球的质量（或两球质量之比）
E ．测量G 点相对于水平槽面的高度
答案：（1）65.7；（2）ABD