用气垫导轨验证动量守恒定律

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1、用气垫导轨验证动量守恒定律[实验目的]1．观察弹性碰撞和完全非弹性碰撞现象。2．验证碰撞过程中动量守恒和机械能守恒定律。[实验仪器]气垫导轨全套，MUJ-5C/5B计时计数测速仪，物理天平。[实验原理]设两滑块的质量分别为m1和m2，碰撞前的速度为和，相碰后的速度为和。根据动量守恒定律，有（1）测出两滑块的质量和碰撞前后的速度，就可验证碰撞过程中动量是否守恒。其中和是在两个光电门处的瞬时速度，即Dx/Dt，Dt越小此瞬时速度越准确。在实验里我们以挡光片的宽度为Dx，挡光片通过光电门的时间为Dt，即有。实验分两种情况进行：1．弹性碰撞两滑块的相碰端装有缓冲弹簧，它

2、们的碰撞可以看成是弹性碰撞。在碰撞过程中除了动量守恒外，它们的动能完全没有损失，也遵守机械能守恒定律，有（2）（1）若两个滑块质量相等，m1=m2=m，且令m2碰撞前静止，即=0。则由（1）、（2）得到=0，=即两个滑块将彼此交换速度。（2）若两个滑块质量不相等，，仍令=0，则有及可得，当m1>m2时，两滑块相碰后，二者沿相同的速度方向（与相同）运动；当m61

3、m1时，。即两滑块扣在一起后，质量增加一倍，速度为原来的一半。[实验内容]1.安装好光电门，光电门指针之间的距离约为50cm。导轨通气后，调节导轨水平，使滑块作匀速直线运动。计数器处于正常工作状态，设定挡光片宽度为1.0厘米，功能设定在“碰撞”位置。调节天平，称出两滑块的质量m1和m2。2.完全非弹性碰撞（1）在两滑块的相碰端安置有尼龙扣，碰撞后两滑块粘在一起运动，因动量守恒，即(2)在碰撞前，将一个滑块（例如质量为m2）放在两光电门中间，使它静止（），将另一个滑块（例如质量为m1）放在导轨的一端，轻轻将它推向m2滑块，记录。(3)两滑块相碰后，它们粘在一起以速

4、度v向前运动，记录挡光片通过光电门的速度v。(4)按上述步骤重复数次，计算碰撞前后的动量，验证是否守恒。可考察当m1=m2的情况，重复进行。3.弹性碰撞在两滑块的相碰端有缓冲弹簧，当滑块相碰时，由于缓冲弹簧发生弹性形变后恢复原状，在碰撞前后，系统的机械能近似保持不变。仍设，则有参照“完全非弹性碰撞”的操作方法。重复数次，数据记录于表中。[数据记录]1、完全非弹性碰撞数据表6相同质量滑块碰撞：，，次数碰前碰后百分偏差（）（）123不同质量滑块碰撞：，，次数碰前碰后百分偏差（）（）1232、弹性碰撞数据表不同质量滑块碰撞：，，次数碰前碰后百分偏差123相同质量滑块碰

5、撞：，，次数碰前碰后百分偏差（）（）1623[思考题]1．为了验证动量守恒，在本实验操作上如何来保证实验条件，减小测量误差。2．为了使滑块在气垫导轨上匀速运动，是否应调节导轨完全水平？应怎样调节才能使滑块受到的合外力近似等于零？附录仪器结构和使用方法。（一）气垫导轨气垫导轨是一种力学实验仪器，它是利用从气轨表面小孔喷出的压缩空气使安放在导轨上的滑块与导轨之间形成很薄的空气层（这就是所谓的“气垫”），促使滑块从导轨面上浮起，从而避免了滑块与导轨面之间的接触磨擦，仅有微小的空气层粘滞阻力和周围空气的阻力。这样，滑块的运动可近似看成是“无磨擦”运动。1．气轨结构如图1

6、所示，它主要有导轨、滑块和光电门三部份组成。图1气轨结构导轨：由长1.5m的一根非常平直的直角三角形铝合金管做成，两侧轨面上均匀分布着两排6很小的气孔，导轨的一端封闭，另一端装有进气嘴，当压缩空气经软管从进气嘴进入导轨后，就从小孔喷出而托起滑块。滑块被托起的高度一般只在0.01~0.1mm左右。为了避免碰伤，导轨两端及滑块上都装了缓冲弹簧。导轨的一端还装有气垫“滑轮”，它不转动，只是一个钻有小孔的空心圆柱（或弯管），当压缩空气从小孔喷出时，可以使绕过它的轻薄尼龙悬浮起来，因此可当成没有转动也没有磨擦的“滑轮”。整个导轨装在横梁上，横梁下面有三个底脚螺钉，既作为支

7、承点，也用以调整气轨的水平状态，还可在螺钉下加放垫块，使气轨成为斜面。滑块：由角铝做成，是导轨上的运动物体，其两侧内表面与导轨表面精密吻合。两端装有缓冲弹簧或尼龙搭扣，上面安置测时用的矩形（或窄条形）挡光片。光电门：导轨上设置两个光电门，光电门上装有光源（聚光小灯泡或红外发光管）和光敏管，光敏管的二极通过导线和计时器的光控输入端相接。当滑块上的挡光片经过光电门时，光敏管受到的光照发生变化，引起光敏两极间电压发生变化，由此产生电脉冲信号触发计时系统开始或停止计时。光电门可根据实验需要安置在导轨的适当位置，并由定位窗口读出它的位置。2、注意事项气轨表面的平直度、光洁

8、度要求很高，为了确保仪器