大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)《用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律》

PAGE5實(shí)驗(yàn)八用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律[實(shí)驗(yàn)?zāi)康腯1．觀察彈性碰撞和完全非彈性碰撞現(xiàn)象。2．驗(yàn)證碰撞過程中動(dòng)量守恒和機(jī)械能守恒定律。[實(shí)驗(yàn)儀器]氣墊導(dǎo)軌全套，MUJ-5C/5B計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)測速儀，物理天平。[實(shí)驗(yàn)原理]設(shè)兩滑塊的質(zhì)量分別為m1和m2，碰撞前的速度為和，相碰后的速度為和。根據(jù)動(dòng)量守恒定律，有（1）測出兩滑塊的質(zhì)量和碰撞前后的速度，就可驗(yàn)證碰撞過程中動(dòng)量是否守恒。其中和是在兩個(gè)光電門處的瞬時(shí)速度，即x/t，t越小此瞬時(shí)速度越準(zhǔn)確。在實(shí)驗(yàn)里我們以擋光片的寬度為x，擋光片通過光電門的時(shí)間為t，即有。實(shí)驗(yàn)分兩種情況進(jìn)行：彈性碰撞兩滑塊的相碰端裝有緩沖彈簧，它們的碰撞可以看成是彈性碰撞。在碰撞過程中除了動(dòng)量守恒外，它們的動(dòng)能完全沒有損失，也遵守機(jī)械能守恒定律，有（2）（1）若兩個(gè)滑塊質(zhì)量相等，m1=m2=m，且令m2碰撞前靜止，即=0。則由（1）、（2）得到=0，=即兩個(gè)滑塊將彼此交換速度。（2）若兩個(gè)滑塊質(zhì)量不相等，，仍令=0，則有及可得，當(dāng)m1m2時(shí)，兩滑塊相碰后，二者沿相同的速度方向（與相同）運(yùn)動(dòng)；當(dāng)m1完全非彈性碰撞將兩滑塊上的緩沖彈簧取去。在滑塊的相碰端裝上尼龍扣。相碰后尼龍扣將兩滑塊扣在一起，具有同一運(yùn)動(dòng)速度，即仍令則有所以當(dāng)m2=m1時(shí)，。即兩滑塊扣在一起后，質(zhì)量增加一倍，速度為原來的一半。[實(shí)驗(yàn)內(nèi)容]1.安裝好光電門，光電門指針之間的距離約為50cm。導(dǎo)軌通氣后，調(diào)節(jié)導(dǎo)軌水平，使滑塊作勻速直線運(yùn)動(dòng)。計(jì)數(shù)器處于正常工作狀態(tài)，設(shè)定擋光片寬度為1.0厘米，功能設(shè)定在“碰撞”位置。調(diào)節(jié)天平，稱出兩滑塊的質(zhì)量m1和m22.完全非彈性碰撞（1）在兩滑塊的相碰端安置有尼龍扣，碰撞后兩滑塊粘在一起運(yùn)動(dòng)，因動(dòng)量守恒，即(2)在碰撞前，將一個(gè)滑塊（例如質(zhì)量為m2）放在兩光電門中間，使它靜止（），將另一個(gè)滑塊（例如質(zhì)量為m1）放在導(dǎo)軌的一端，輕輕將它推向m2滑塊，記錄。(3)兩滑塊相碰后，它們粘在一起以速度v向前運(yùn)動(dòng)，記錄擋光片通過光電門的速度v。(4)按上述步驟重復(fù)數(shù)次，計(jì)算碰撞前后的動(dòng)量，驗(yàn)證是否守恒。可考察當(dāng)m1=m2的情況，重復(fù)進(jìn)行。3.彈性碰撞在兩滑塊的相碰端有緩沖彈簧，當(dāng)滑塊相碰時(shí)，由于緩沖彈簧發(fā)生彈性形變后恢復(fù)原狀，在碰撞前后，系統(tǒng)的機(jī)械能近似保持不變。仍設(shè)，則有參照“完全非彈性碰撞”的操作方法。重復(fù)數(shù)次，數(shù)據(jù)記錄于表中。[數(shù)據(jù)記錄]1、完全非彈性碰撞數(shù)據(jù)表可認(rèn)為導(dǎo)軌已調(diào)水平。否則根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)導(dǎo)軌下面的單腳螺釘，反復(fù)觀察，直到計(jì)算左右來回運(yùn)動(dòng)對應(yīng)的時(shí)間差（t2－t1）大體相同即可。（三）測定速度的實(shí)驗(yàn)原理圖2擋光片物體作直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，平均速度為，時(shí)間間隔或位移越小時(shí)，平均速度越接近某點(diǎn)的實(shí)際速度，取極限就得到某點(diǎn)的瞬時(shí)速度。在實(shí)驗(yàn)中直接用定義式來測量某點(diǎn)的瞬時(shí)速度是不可能的，因?yàn)楫?dāng)趨向零時(shí)也同時(shí)趨向零，在測量上有具體困難。但是在一定誤差范圍內(nèi)，我們?nèi)钥扇∫缓苄〉募捌湎鄳?yīng)的，用其平均速度來近似地代替瞬時(shí)速度。圖2擋光片被研究的物體（滑塊）在氣墊導(dǎo)軌上作“無摩擦阻力”的運(yùn)動(dòng)，滑塊上裝有一個(gè)一定寬度的擋光片，當(dāng)滑塊經(jīng)過光電門時(shí)，擋光片前沿?fù)豕猓?jì)時(shí)儀開始計(jì)時(shí)；擋光片后沿?fù)豕鈺r(shí)，計(jì)時(shí)立即