1、實驗八 用氣墊導軌驗證動量守恒定律 實驗目的1觀察彈性碰撞和完全非彈性碰撞現象。2驗證碰撞過程中動量守恒和機械能守恒定律。 實驗儀器氣墊導軌全套，MUJ-5C/5B計時計數測速儀，物理天平。實驗原理 設兩滑塊的質量分別為m1和m2，碰撞前的速度為和，相碰后的速度為和。根據動量守恒定律，有 （1）測出兩滑塊的質量和碰撞前后的速度，就可驗證碰撞過程中動量是否守恒。其中和是在兩個光電門處的瞬時速度，即Dx/Dt，Dt越小此瞬時速度越準確。在實驗里我們以擋光片的寬度為Dx，擋光片通過光電門的時間為Dt，即有。 實驗分兩種情況進行：1 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

2、碰撞過程中除了動量守恒外，它們的動能完全沒有損失，也遵守機械能守恒定律，有 （2）（1）若兩個滑塊質量相等，m1=m2=m，且令m2碰撞前靜止，即=0。則由（1）、 （2）得到 =0， =即兩個滑塊將彼此交換速度。（2）若兩個滑塊質量不相等，仍令=0，則有 及 可得 ， 當m1m2時，兩滑塊相碰后，二者沿相同的速度方向（與相同）運動；當m1 m2時，二者相碰后運動的速度方向相反，m1將反向，速度應為負值。2 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，具有同一運動速度，即 仍令則有 所以 當m2=m1時，。即兩滑塊扣在一起后，質量增加一倍，速

3、度為原來的一半。實驗內容1.安裝好光電門，光電門指針之間的距離約為50cm。導軌通氣后，調節導軌水平，使滑塊作勻速直線運動。計數器處于正常工作狀態，設定擋光片寬度為1.0厘米，功能設定在“碰撞”位置。調節天平，稱出兩滑塊的質量m1和m2。2.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動，因動量守恒，即 (2) 在碰撞前，將一個滑塊（例如質量為m2）放在兩光電門中間，使它靜止（），將另一個滑塊（例如質量為m1）放在導軌的一端，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向前運動，記錄擋光片通過光電門的速度v。 (4) 按上述步驟重復數次，

4、計算碰撞前后的動量，驗證是否守恒。可考察當m1=m2的情況，重復進行。3.彈性碰撞 在兩滑塊的相碰端有緩沖彈簧，當滑塊相碰時，由于緩沖彈簧發生彈性形變后恢復原狀，在碰撞前后，系統的機械能近似保持不變。仍設，則有參照“完全非彈性碰撞”的操作方法。重復數次，數據記錄于表中。數據記錄1、完全非彈性碰撞數據表 相同質量滑塊碰撞： ， ， 次數碰 前碰 后百分偏差（）（）123不同質量滑塊碰撞： ， ， 次數碰 前碰 后百分偏差（）（）1232、彈性碰撞數據表不同質量滑塊碰撞： ， ， 次數碰 前碰 后百分偏差123相同質量滑塊碰撞： ， ，次數碰 前碰 后百分偏差（）（）123思考題1為了驗證動量守恒

5、，在本實驗操作上如何來保證實驗條件，減小測量誤差。2為了使滑塊在氣墊導軌上勻速運動，是否應調節導軌完全水平？應怎樣調節才能使滑塊受到的合外力近似等于零？附錄 儀器結構和使用方法。（一）氣墊導軌 氣墊導軌是一種力學實驗儀器，它是利用從氣軌表面小孔噴出的壓縮空氣使安放在導軌上的滑塊與導軌之間形成很薄的空氣層（這就是所謂的“氣墊”），促使滑塊從導軌面上浮起，從而避免了滑塊與導軌面之間的接觸磨擦，僅有微小的空氣層粘滯阻力和周圍空氣的阻力。這樣，滑塊的運動可近似看成是“無磨擦”運動。 1 氣軌結構 如圖1所示，它主要有導軌、滑塊和光電門三部份組成。圖1 氣軌結構導軌：由長1.5m的一根非常平直的直角三角

6、形鋁合金管做成，兩側軌面上均勻分布著兩排很小的氣孔，導軌的一端封閉，另一端裝有進氣嘴，當壓縮空氣經軟管從進氣嘴進入導軌后，就從小孔噴出而托起滑塊。滑塊被托起的高度一般只在0.010.1mm左右。為了避免碰傷，導軌兩端及滑塊上都裝了緩沖彈簧。導軌的一端還裝有氣墊“滑輪”，它不轉動，只是一個鉆有小孔的空心圓柱（或彎管），當壓縮空氣從小孔噴出時，可以使繞過它的輕薄尼龍懸浮起來，因此可當成沒有轉動也沒有磨擦的“滑輪”。整個導軌裝在橫梁上，橫梁下面有三個底腳螺釘，既作為支承點，也用以調整氣軌的水平狀態，還可在螺釘下加放墊塊，使氣軌成為斜面。滑塊：由角鋁做成，是導軌上的運動物體，其兩側內表面與導軌表面精密

7、吻合。兩端裝有緩沖彈簧或尼龍搭扣，上面安置測時用的矩形（或窄條形）擋光片。光電門：導軌上設置兩個光電門，光電門上裝有光源（聚光小燈泡或紅外發光管）和光敏管，光敏管的二極通過導線和計時器的光控輸入端相接。當滑塊上的擋光片經過光電門時，光敏管受到的光照發生變化，引起光敏兩極間電壓發生變化，由此產生電脈沖信號觸發計時系統開始或停止計時。光電門可根據實驗需要安置在導軌的適當位置，并由定位窗口讀出它的位置。2、注意事項 氣軌表面的平直度、光潔度要求很高，為了確保儀器精度，決不允許其它東西碰、劃傷導軌表面，要防止碰倒光電門損壞軌面。未通氣時，不允許將滑塊在導軌上來回滑動。實驗結束后應將滑塊從導軌上取下。

8、滑塊的內表面經過仔細加工，并與軌面緊密配合，兩者是配套使用的，因此絕對不可將滑塊與別的組調換。實驗中必須輕拿輕放，嚴防碰傷變形。拿滑塊時，不要拿在擋光片上，以防滑塊掉落摔壞。 氣軌表面或滑塊內表面必須保持清潔，如有污物，可用紗布沾少許酒精擦凈。如軌面小氣孔堵塞，可用直徑小于 0.6mm 的細鋼絲鉆通。實驗結束后，應該用蓋布將氣軌遮好。（二）氣墊導軌的水平調節在氣墊導軌上進行實驗，必須按要求先將導軌調節水平?？砂聪铝腥我环N方法調平導軌。（1） 靜態調節法：接通氣源，使導軌通氣良好，然后把裝有擋光片的滑塊輕輕置于導軌上。觀察滑塊“自由”運動情況。若導軌不水平，滑塊將向較低的一邊滑動。調節導軌一端的

9、單腳螺釘，使滑塊在導軌上保持不動或稍微左右擺動而無定向移動，則可認為導軌已調平。（2） 動態調節法：將兩光電門分別安在導軌某兩點處，兩點之間相距約50cm（以指針為準）。打開光電計數器的電源開關，導軌通氣后滑塊以某一速度滑行。設滑塊經過兩光電門的時間分別為Dt1和Dt2。由于空氣阻力的影響，對于處于水平的導軌，滑塊經過第一個光電門的時間Dt1總是略小于經過第二個光電門的時間Dt2（即Dt1Dt2）。因此，若滑塊反復在導軌上運動，只要先后經過兩個光電門的時間相差很小，且后者略為增加（兩者相差2%以內），就可認為導軌已調水平。否則根據實際情況調節導軌下面的單腳螺釘，反復觀察，直到計算左右來回運動對應的時間差（Dt2Dt1）大體相同即可。（三）測定速度的實驗原理圖2 擋光片物體作直線運動時，平均速度為，時間間隔或位移越小時，平均速度越接近某點的實際速度，取極限就得到某點的瞬時速度。在實驗中直接用定義式來測量某點的瞬時速度是不可能的，因為當趨向零時也同時趨向零，在測量上有具體困難。但是在一定誤差范圍內，我們仍可取一很小的及其相應的，用其平均速度來近似地代替瞬時速度。被研究的物體（滑塊）在氣墊導軌上作“無摩擦阻力”的運