碰撞实验器法验证动量守恒定律

【目的和要求】

　　通过两球作对心碰撞后做平抛运动来验证动量守恒定律，理解利用“等效”观念简化实验测定的设计思想。

【仪器和器材】

　　钢质入射球（质量约45－50克），电木制靶球（质量约7－8克、半径与入射球相同）、天平（托盘天平或学生天平），碰撞实验器（J2135型），木板，白纸，复写纸，直尺。

【实验方法】

　　1．把碰撞实验器装在桌边，如图2．32。把入射球放在导轨的下段，微转导轨，使入射球在其上面能静止，然后紧固水平调节螺钉。把一块木板放在导轨前方地面上，在其上面铺好白纸并用图钉钉住。

　　2．放倒支球柱，让入射球从定位板处由静止开始滚下，观察球在纸面上的落点位置。然后在该处铺上复写纸，重新让入射球做平抛运动五次以上，每次都应从定位板处放开入射球。在各落球点附近画一圆，使所有落点都恰好围在此圆中，以此圆的圆心作为入射球的平均落点P。转动放线轴手柄，使重锤悬线从端面的“V”形缺口垂下，在纸面上标出锤尖的投影点O，这就是碰撞时入射球的球心在纸上的垂直投影，OP线段即为入射球在没有发生碰撞时飞出的水平距离S₁。在纸面上画出过O、P的直线。

　　3．扶起支球柱，放上靶球，调节支柱的位置，使入射球和靶球的球心连线与导轨水平部分平行（即球等高，且球心连线与入射球入射速度方向一致），当入射球球心在导轨下边沿时，两球刚好接触。然后紧固支球柱，让入射球从定位板处自由滚下，观察两球碰后的落点，然后在落点附近铺上复写纸。重复两球碰后做平抛运动的实验一次。揭开复写纸，看两球落点是否在纸上过O、P的连线附近。若落点偏离此线两厘米以上，则需重新细调支球柱的位置。再做两球碰撞的实验五次以上。注意每次入射球 都要从挡板处开始运动。像步骤2那样确定两球的平均落点M和N。

　　4．用天平分别称出两球质量，用游标卡尺量出两球半径r（若有微小差别，可取平均值）。在纸上在O、P的连线上作距O为2r的O′点，则OM为入射球碰撞后飞出的水平距离S′₁，O′N为靶球飞出的水平距离S′₂用尺测出S₁、S′₁、 S′₂比较m₁S₁和m₁S′₁＋m₂S′₂，看在实验误差范围内是否相等。

【思考题】

　　1．本实验中，如果用质量小的电木球作入射球，钢球作靶球可不可以？请实践一下，并分析现象产生的原因。如果入射球和靶球都用相同质量的钢球可不可以？请实践一下。

　　2．如果实验时，支球柱轴线到导轨端面的距离大于或小于两球半径之和，会发生什么现象？对本实验结果有什么影响？

　　3．若支球柱偏高或偏低，会出现怎样的现象？对实验结果有什么影响？