實驗一氣墊導軌上的實驗（二）【實驗簡介】氣墊導軌的基本原理是在導軌的軌面與滑塊之間產生一層薄薄的氣墊，使滑塊“漂浮”在氣墊上，從而消除了接觸摩擦。雖然仍然存在著空氣的粘滯阻力，但由于它極小，可以忽略不計，所以滑塊的運動幾乎可以視為無摩擦運動。由于滑塊作近似的無摩擦運動，再加上氣墊導軌與電腦計數器配套使用，時間的測量可以精確到0.01ms（十萬分之一秒），這樣，就使氣墊導軌上的實驗精度大大提高，相對誤差小，重復性好。利用氣墊導軌裝置可以做很多力學實驗，如測量物體的速度，驗證牛頓第一定律；測量物體的加速度，驗證牛頓第二定律；測量重力加速度；研究動量守恒定律；研究機械能守恒定律等等。【實驗目的】1、 學習氣墊導軌和電腦計數器的使用方法。2、 用氣墊導軌裝置驗證機械能守恒定律3、 驗證動量守恒定律。【實驗儀器】氣墊導軌（QG—1.5mm）、滑塊、墊片、光電門、電腦計數器（MUJ—6B）、游標卡尺（0.02mm）、卷尺（2m）。配重塊、一臺電子天平及尼龍搭扣。【實驗原理】1、研究動量守恒定律動量守恒定律和能量守恒定律一樣，是自然界的一條普遍適用的規律。它不僅適用于宏觀世界，同樣也適用于微觀世界。它雖然是一條力學定律，但卻比牛頓運動定律適用范圍更廣，反映的問題更深刻。動量守恒定律告訴我們，如果一個系統所受的合外力為零，那么系統內部的物體在作相互碰撞，傳遞動量的時候，雖然各個物體的動量是變化的，但系統的總動量守恒。如果系統在某個方向上所受的合外力為零，則系統在該方向上的動量守恒。在水平的氣墊導軌上，滑塊運動時受到的粘滯阻力很小，若不計這一阻力，則滑塊系統受到的合外力為零，兩滑塊作對心碰撞時前后的總動量守恒。mv+mv=mv'+mv'11221122m、m分別為兩個滑塊的質量，v、v分別為碰撞前兩個滑塊的速度，v'、v'分別為碰撞后121212兩個滑塊的速度。應該注意的是，計算時必須選擇一個方向為正，反方向為負。v'—v'牛頓在研究碰撞現象時曾提出恢復系數的概念，定義恢復系數e二一1。當e二1時為完全v—v

彈性碰撞，e=0時為完全非彈性碰撞，0ve<1時為非完全彈性碰撞。完全彈性碰撞是一個理想物理模型。實驗所用的滑塊上的碰撞彈簧是鋼制成的，e值在0.95左右，雖然接近于1,但差異還是明顯的。因此在氣墊導軌上一般難以實現完全彈性碰撞。我們只是在非完全彈性和完全非彈性兩種條件下進行實驗。在這兩種條件下，雖然動能不守恒，但動量是守恒的。為使實驗簡便，在碰撞前我們可以將滑塊靜止在兩個光電門之間，使v=0，這樣對于非完2全彈性碰撞，有mv=mv'+mV；111122對完全非彈性碰撞，有mv=(m+m)V，1112V為兩個滑塊連在一起后的共同速度。為檢驗實驗結果的準確程度，可以引入動量百分差的概念，定義動量百分差E=A》(mv)x100%

E(mv)工(mv)是碰撞前系統的總動量，AE(mv)是碰撞前、后系統的總動量差。一般情況下，如果E<5%，我們就可以認為系統動量守恒了。2、研究機械能守恒定律機械能守恒定律是能量守恒定律在力學范圍內的特例，在研究力學問題時有非常重要的應用。經過兩個光電門時的速度分別為如圖二所示，設墊片高度為H,導軌兩底腳螺絲之間的距離為L,兩光電門之間的距離為S,則兩光電門之間的高度差為h=H~S。滑塊m由上往下滑動，經過兩個光電門時的速度分別為L符合機械能守恒定律成立條件，V、1

符合機械能守恒定律成立條件，V、1

有2mV2+mgh=mV2,2 1 2 2-mV2+mgHS=-mV2,2 1 L2 2為減少計算量，可約去m:V12+2gl2為檢驗實驗結果的準確程度，可以仿照前面驗證動量守恒定律的方法，引入機械能百分差的概念。實驗內容】1、將氣墊導軌調成水平狀態2、非完全彈性碰撞1)、將氣墊導軌調成水平狀態

、在兩滑塊的端部裝上碰撞彈簧。用電子天平稱量兩個滑塊的質量m和m。配重塊裝12在滑塊1上，m包括滑塊1和配重塊兩個部分的質量。1、將光電門1、2的插頭分別插在電腦計數器的P、P兩個插孔上，電腦計數器的功能12鍵選擇“碰撞”檔。為減小因阻力造成的損失，兩個光電門之間的距離應盡量小些，只要滿足碰撞時兩個滑塊的擋光條都在兩個光電門之間即可，一般約在30cm—40cm之間。、將滑塊2放在兩光電門之間靠近光電門2的地方，令其靜止(v=0)，中速輕推滑2塊1，使兩者作對心碰撞。測出兩滑塊碰撞前、后的速度，計算碰撞前后的動量，驗證動量守恒定律。注意速度的正負。重復操作4次，其間，兩個滑塊的位置也可調換。3、 完全非彈性碰撞、在兩個滑塊的端部裝上尼龍搭扣，再次稱量兩滑塊的質量。、滑塊2靜止在兩光電門之間，滑塊1運動，碰撞后兩滑塊連在一起。測出兩滑塊碰撞前、后的速度。重復操作4次。驗證動量守恒定律。4、 依次在單腳螺絲下墊1塊墊片、2塊墊片、3塊墊片、4塊墊片，逐漸改變傾斜高度H，并用卡尺測量H。讓滑塊從適當的高度處由靜止開始下滑。測出滑塊經過兩光電門時的瞬時速度V、V，計算滑塊前、后兩個狀態的機械能，驗證機械能守恒定律。重復操作4次。12數據記錄與處理】表一.動態調平表二?表二?非完全彈性碰撞(m=g，m=g) 1_ 2————，-、頁目序號\v(cm/s)1vf(cm/s)1vf(cm/s)2mv(g-cm/s)11mv'+mv，(g-cm/s)1122動量百分差E12At(ms)1At(ms)2At=At一At(ms)2121At3(ms)At(ms)4At=At一At(ms)43 4 3

表三?完全非彈性碰撞(m=g,m=g)12X項目次序、v(cm/s)iV(cm/s)mv(g-cm/s)ii(