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实验：利用平抛规律验证动量守恒定律

云省南楚雄紫溪中学 赵永静

所用教材：人教版高中物理

一、实验目的

当系统不受外力或所受合外力为零时，系统的动量守恒，但在处理碰撞一类的问题时，也认为系统的动量守恒，因为在此过程中，虽然系统所受合外力不为零，但此时系统内力远大于系统的外力，外力可忽略，近似认为系统动量守恒，这种做法是否正确，下面我们用实验来研究这个问题. 二、实验器材

斜槽、两个大小相同但质量不同的小球、天平、刻度尺、白纸、复写纸、重锤线 三、实验原理实验原理

让质量较大的小球m1从斜槽上滚下，与放在斜槽末端的质量较小的小球m2发生正碰，碰前m1的入射速度为υ1，两球总动量为m1υ1.碰撞后，入射小球m1的速度为υ1′，被碰小球m2的速度为υ2′，两球总动量为队m1υ1′+m2υ2′，根据动量守恒定律，应有

m1υ1=m1υ1+m2υ2

如果测出两球的质量m1和m2及两球在碰撞前后的速度υ1、υ1′、υ2′，代入上式，就可以验证动量是否守恒. 用天平可测出两球质量m1、m2.

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用平抛运动知识可以测出其速度：因它们下落的高度相同，故飞行时间相同，设为t，则它们飞行的水平距离s=υt，在图8.6-1中有

OP=υ1t……①

OM＝υ1′t

……②

ON＝υ2′t

……③

如果实验中测得的m1、m2，OP、OM、ON满足关系

m1·OP=m1·OM +m2·ON

把①②③代入上式后消去t可得到mυ1=

m1υ1′+

m2υ2′

就验证了动量守恒定律. 确定小球平均落点的方法

（1）先不放上被碰小球，让入射小球从斜槽上某一高度处滚下，重复10次，用尽可能小的圆把所有小球落点圈在里面，圆心P（如图8.6-1所示）就是小球落点的平均位置. （2）把被碰小球放在斜槽前端边缘处，让入射小球从原来的高度滚下，使它们发生碰撞，重复10次，用上述方法找出碰后入射球平均落点位置M和被碰小球平均落点位置N. 四、实验步骤

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1、调整斜槽使其末端的切线水平，被碰小球放在斜槽边，使两球相碰时处于同一高度，以保证它们碰撞后的速度方向都在同一条水平直线上。

2、在桌面上铺一张纸，纸上铺放复写纸，以便在白纸上留下了球落下的痕迹。为了记录小球飞出的水平距离，在白纸上记下重锤线所指的位置O。

3、先将入射小球m1从斜槽上某一高度滚下，重复10次，用尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面，圆心P就是小球落点的平均位置。

4、把被碰小球m2放在斜槽末端，让入射小球m1从原来的高度滑下，使它们发生正碰，重复实验10次。找到平均落点入射小球M、被碰小球N。

5、分别测量出OP、OM、ON的距离

测量出m1、m2的质量

五、实验注意事项

（1）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，使小支柱与槽口间距离等于小球直径，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. （2）应使入射小球的质量大于被碰小球的质量. （3）应使入射小球每次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挡板，使小球靠着挡板，然后释放小球. （4）白纸铺好后不能移动. 六、实验中产生误差的主要原因

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1、碰撞前入射小球的速度方向、碰撞后入射小球的速度方向和碰撞后被碰小球的方向不是绝对沿水平方向

2、小球在空中飞行时受到空气阻力

3、通过复写纸描得的各点，不是理想的点，有一定的大小，从而带来作图上的误差

4、测量长度时有误差

六、实验改进措施

实验所研究的过程是两个不同质量的金属球发生水平正碰，因此“水平”和“正碰”是操作中应尽量予以满足的前提条件.若实验中两球球心高度不在同一水平面上，会给实验带来误差.每次静止释放入射小球的释放点越高，两球相碰时作用力就越大，动量守恒的误差就越小应进行多次碰撞，落点取平均位置来确定，以减小偶然误差.

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