实验八用气垫导轨验证动量守恒定律..doc

实验八 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?x/?t，?t越小此瞬时速度越准确。在实验里我们以挡光片的宽度为?x，挡光片通过光电门的时间为?t，即有。 实验分两种情况进行： 弹性碰撞 两滑块的相碰端装有缓冲弹簧，它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m1? m2时，二者相碰后运动的速度方向相反，m1将反向，速度应为负值。 完全非弹性碰撞 将两滑块上的缓冲弹簧取去。在滑块的相碰端装上尼龙扣。相碰后尼龙扣将两滑块扣在一起，具有同一运动速度，即 仍令 则有 所以 当m2=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 相同质量滑块碰撞： ， ， 次数 碰 前 碰 后 百分偏差 （） （） 1 2 3 不同质量滑块碰撞： ， ， 次数 碰 前 碰 后 百分偏差 （） （） 1 2 3 2、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 1 2 3 相同质量滑块碰撞： ， ， 次数 碰 前 碰 后 百分偏差 （） （） 1 2 3 [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