用硬币进行动量守恒实验

实验内容

通过几枚硬币在桌面上相互碰撞,观察运动量的守恒定理。

所需材料

准备5-6枚同样面值的硬币。(注意不要用带毛边的硬币,否则的话,不能得到预期的效果)。直尺(长30cm)。

实验方法

图1

1.按图1所示,在桌面上摆放直尺和2枚硬币。右擞子的人用左手(左撇子的人调换一下)固定住直尺。直尺的作用是保证硬币可以从正面发生撞击。首先将一枚硬币保持静止不动,然后在离开它10cm的位置放置另一枚硬币。用右手指按住这枚硬币,向着左边滑动并松开硬币。观察此时有几枚硬币被撞飞。如果是用手指弹出硬币的话。就不容易从正面发生碰撞。

图2

2.按图2所示那样,一枚一枚地去增加静止不动的硬币数。如图l中所述那样,用一一枚硬币去撞击这些硬币。观察被撞飞的硬币数。当静止不动的硬币数一直增加到5、6枚时,结束实验。

 

图3

3.按图3那样,把撞击用硬币的数量增加到2枚,撞击静止的硬币。此时,撞击用的硬币用两根手指按住和滑动。

4.同2的实验一样,一枚一枚地增加静止的硬币数进行实验(图3)。

5.最后,撞击用的硬币数增加到3枚,分别撞击1枚、2枚、3枚静止的硬币。

6.实验结果的整理如下表(空白处由实验者填写)

静止的硬币数 撞击的硬币数 撞飞的硬币数
1
2
3
4
5
1
1
1
1
1
 
1
2
3
4
2
2
2
2
 
1
2
3
3
3
3
 

解说

撞击硬币的质量为m,速度v1,静止硬币的质量也为m,能量损失系数可以看做是1,碰撞后的速度分别为vʹ1vʹ2,则

 mv1+0=mvʹ1mvʹ2

e=-(vʹ1vʹ2)/v1

通过以上两式可得

 vʹ1v1vʹ2=0

这个结果可以通过动量守恒定律来进行解释。M枚的静止硬币与N枚的撞击硬币碰撞后,静止的硬币就会有N枚被撞飞。M枚的硬币停下来。可以对学生讲这个结果验证了动量守恒定律,但也可以告诉学生:在硬币碰撞时,产生了称为光孤子(soliton)的脉冲波。光孤子的脉冲波是一种在相互碰撞时,稳定不变,保持自己特有状态的非线形的波动。硬币发生冲撞时,由于作用和反作用,生成向左右两个方向的光孤子,在相互接触的硬币中被传递,在接触的两端发生反射。两边的光孤子在正面碰撞时,硬币就会被撞飞出去。

图4

用双面胶带将2枚硬币粘成双层,看作为质量是2倍的硬币。但这个硬币在发生碰撞时,不会得到预期的结果。所以硬币要一枚一枚地并列放置,进行实验。

右图中,4、5的硬币从右撞击静止的1、2、3硬币的A点。在A发生光孤子,在B点光孤子产生正面撞击,1、2的硬币就会被撞飞出去。

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发布时间:2014/12/2 19:55:28  阅读次数:5878

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