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碰撞中动量守恒实验“四注意”

文章发布时间:2015/5/28 14:34:40



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碰撞中动量守恒实验“四注意”
河南省新县高级中学 吴国富

  验证两小球碰撞前后总动量守恒,其实验原理是:一个质量较大的钢球从斜槽滚下来,跟放在斜槽前边支球管上另一质量较小的球发生碰撞,两小球都做平抛运动。由于两球下落的高度相同,所以它们飞行时间相同,如果用两球的飞行时间作时间单位,那么两球飞出的水平距离在数值上就等于它们的水平速度。因此,只要分别测出两球的质量和不放被碰小球时入射球在空中飞出的水平距离,以及入射球与被碰球碰撞后在空中飞出的水平距离,若在实验误差允许的范围内,就验证了两球碰撞前后总动量守恒.在实验中应弄清以下几个为什么:

 

  一、注意使槽口末端点的切线水平

 

  平抛运动物体飞行时间决定于抛出点离地面的高度。从同一高度水平抛出的物体初速度越大,飞行时间越长。若两球都做平抛运动,它们飞行的初速度与水平位移成正比,这样可将速度的测量转化为长度的测量,使实验测量简化。

 

 

  若槽的末端点的切线不水平,若向下倾斜,如图1所示,则两球相碰后,球做平抛运动,球做斜下抛运动,由运动学规律可知,球在空中飞行时间较短,就不能再用水平位移表示速度的大小,使实验测量趋于复杂化,

 

  二、注意使碰撞时两球处于同一高度

 

  两球碰撞时处于离地面同一高度的这一要求,除了可以保证两球作平抛运动飞行的时间相同外,更重要的是为了保证两球都能做平抛运动。如图2所示,若碰撞时的高度比低,则两球碰撞时的相互作用力就不可能和在同一水平直线上,而是图2中所示的方向。碰后球做斜下抛运动,而球的速度的方向如图3所示,它将做斜上抛运动,则实验中球飞行的时间大于球飞行的时间,就无法用水平距离来表示速度的大小。

 

  

 

  三、注意保证两球碰撞后的速度方向要和碰前球的速度在同一直线上

 

  若两球心连线不与水平槽中心线共线,碰撞后两球速度方向将和不在同一直线上.俯视实验仪器和实验过程如图4所示,球沿ON方向平抛于N点,球沿OM方向平抛于M点。这时不能简单地用同一直线上动量守恒来验证,必须用二维方向动量守恒的有关规律来讨论。也就是说,若矢的矢量和与相等,则可验证动量守恒。

 

 

  四、注意不能用质量小的球去撞质量大的

 

  由弹性碰撞有关规律可知:运动物体和静止物体发生弹性碰撞后的速度,当时,为负值,表示其方向与初速度方向相反,两球碰撞后沿反向运动.

 

  若两球之间的距离恰好等于,那么,球将沿水平轨道向左运动,上升到弧形槽某一点后返回,滚下水平槽作平抛运动,由于球在轨道上往返多运动一次,要损失一部分能量,球的落点就比小球直接做平抛运动时的落点M要稍微短一些,产生误差。

 

 

  若两球碰撞前夕的距离大于,那么球在碰撞后的运动轨迹如图5所示,实验无法进行。

2009-04-10  


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