碰撞實驗器法驗證動量守恒定律【目的和要求】通過兩球作對心碰撞后做平拋運動來驗證動量守恒定律，理解利用“等效”觀念簡化實驗測定的設計思想。【儀器和器材】鋼質入射球（質量約4550克），電木制靶球（質量約78克、半徑與入射球相同）、天平（托盤天平或學生天平），碰撞實驗器（J2135型），木板，白紙，復寫紙，直尺。【實驗方法】1把碰撞實驗器裝在桌邊，如圖232。把入射球放在導軌的下段，微轉導軌，使入射球在其上面能靜止，然后緊固水平調節螺釘。把一塊木板放在導軌前方地面上，在其上面鋪好白紙并用圖釘釘住。2放倒支球柱，讓入射球從定位板處由靜止開始滾下，觀察球在紙面上的落點位置。然后在該處鋪上復寫紙，重新讓入射球做平拋運動五次以上，每次都應從定位板處放開入射球。在各落球點附近畫一圓，使所有落點都恰好圍在此圓中，以此圓的圓心作為入射球的平均落點P。轉動放線軸手柄，使重錘懸線從端面的“V”形缺口垂下，在紙面上標出錘尖的投影點O，這就是碰撞時入射球的球心在紙上的垂直投影，OP線段即為入射球在沒有發生碰撞時飛出的水平距離S1。在紙面上畫出過O、P的直線。3扶起支球柱，放上靶球，調節支柱的位置，使入射球和靶球的球心連線與導軌水平部分平行（即球等高，且球心連線與入射球入射速度方向一致），當入射球球心在導軌下邊沿時，兩球剛好接觸。然后緊固支球柱，讓入射球從定位板處自由滾下，觀察兩球碰后的落點，然后在落點附近鋪上復寫紙。重復兩球碰后做平拋運動的實驗一次。揭開復寫紙，看兩球落點是否在紙上過O、P的連線附近。若落點偏離此線兩厘米以上，則需重新細調支球柱的位置。再做兩球碰撞的實驗五次以上。注意每次入射球都要從擋板處開始運動。像步驟2那樣確定兩球的平均落點M和N。4用天平分別稱出兩球質量，用游標卡尺量出兩球半徑r（若有微小差別，可取平均值）。在紙上在O、P的連線上作距O為2r的O點，則OM為入射球碰撞后飛出的水平距離S1，ON為靶球飛出的水平距離S2用尺測出S1、S1、S2比較m1S1和m1S1m2S2，看在實驗誤差范圍內是否相等。利用本實驗裝置，也可以驗證在完全非彈性正碰撞中動量守恒。只需在靶球上靠碰撞點一側貼厚約23毫米的橡皮泥即可。實驗操作及注意事項與上面完全相同。要特別注意調節支球柱的位置，否則可能會因斜碰而造成兩球碰后分離。設兩球碰后水平距離為S，則S應從圖332中OO的中點計起（為什么？）2利用本實驗裝置，還可以研究動量守恒的條件，即系統受的合外力不為零時，系統的動量不守恒。實驗時，用橡皮泥把靶球粘在支球柱上，然后按上述實驗方法進行實驗。結果將會發現，m1S1m1S1m2S2，這是由于橡皮泥粘力的沖量所減少的系統的動量已不能忽略不計，動量守恒的條件不滿足的結果。【注意事項】1正確調節好支球柱的位置，使碰撞后的平均落點在O、P的連線附近，是做好本實驗的關鍵。特別是兩球球心如果不是一樣高，碰撞后一個做斜上拋運動，一個做斜下拋運動，則會帶來較大的誤差。如果球心一樣高，球心連線不完全與入射速度一致或球本身的缺陷，使碰撞不是正碰，這時只要從落點M、N向過O、P的連線作垂線，與OP相交于M和N，則把OM作為S1，ON作為S2，也可以比較好地驗證定律。這是因為從理論上可知，在OP方向上動量應該守恒。2實驗過程中，不能移動木板，否則實驗只能從頭開始重新做。3入射球的初始高度不可過低，否則飛出的水平距離過小，會增大測量誤差。【思考題】1本實驗中，如果用質量小的電木球作入射球，鋼球作靶球可不可以？請實踐一下，并分析現象產生的原因。如果入射球和靶球都用相同質量的鋼球可不可以？請實踐一下。2如果實驗時，支球柱