第一课 气垫导轨上验证动量守恒定律.doc

实验二 在气垫导轨上验证动量守恒定律 动量是描述物体运动的一个非常重要的物理量。动量守恒，是最早发现的一条守恒定律。如果一个系统不受外力或所受外力的矢量和为零，那么这个系统的总动量保持不变，这个结论叫做动量守恒定律。动量守恒定律是自然界中最重要最普遍的守恒定律之一，它既适用于宏观物体，也适用于微观粒子；既适用于低速运动物体，也适用于高速运动物体。动量守恒定律与能量守恒定律、角动量守恒定律是自然界的普遍规律，在微观粒子作高速运动（速度接近光速）的情况下，牛顿定律已经不适用，但是以上定律仍然适用。现代物理学研究中，动量守恒定律成为一个重要的基础定律。它是一个实验规律，也可用牛顿第三定律和动量定理推导出来。 实验目的 用弹性碰撞和完全非弹性碰撞情况下验证动量守恒定律。 实验仪器 QDG-1型气垫导轨实验设备一套、JMS-1计时计数测速仪一台（请在实验之前认真阅读附录1和附录2的相应使用说明书）。 实验原理 在水平导轨上放两个滑行器，以两个滑行器作为系统，在水平方向不受外力，两个滑行器碰撞前后的总动量应保持不变。设两个滑行器的质量分别为M1和M2，相碰前的速度分别为V1和V2，相碰后的速度为V1′和V2′，则根据动量守恒定律有： M1V1+M2V2=M1V1′+M2V2′ 只要测出两个滑行器在碰撞前后的速度,称出质量,即可验证动量守恒定律。 实验内容 1、弹性碰撞 1.1 实验装置见图1 图1 弹性碰撞实验装置示意图 1.2 在导轨的安装滑轮端装上弹射架,两光电门分别置于导轨30cm和80cm处，调整导轨的水平； 1.3 两个滑行器上分别安装上1cm的挡光片，令其一在滑行器M1两端各安装弹性架。 1.4 用天平分别称出两个滑行器的质量M1和M2； 1.5 将计时器功能选择在“碰撞”档。令两个滑行器放在导轨两端处作为运动起始点。用手同时推动两个滑行器使其相向运动，让它们分别通过两个光电门的中间发生碰撞，发生碰撞后，各自朝相反的方向运动，再次分别通过两个光电门，此时计时器会自动测出4个t1、t1′、t2、t2′时间。 （详见J0201-CC或J0201-CHJ型数字计时器说明书）。 1.6计算出两滑行器碰撞前后通过两个光电门的相对应V1、V1′、V2、V2′的速度。 1.7 将上述的测定的速度和计算的滑行器的质量代入（4.1）式中计算，在误差范围内，有M1V1+M2V2=M1V1′+M2V2′式成立，即验证了动量守恒定律。 2、 完全非弹性碰撞 2.1 实验装置见图2 图2 完全非弹性碰撞实验装置示意图 2.2 在导轨的两端各自装上弹射器，光电门分别置于导轨30cm和80cm处，调整导轨的水平。 2.3 两个滑行器上分别安装上1cm的挡光片和一端装上搭扣。 2.4 用天平分别称出两个滑行器的质量M1和M2。 2.5 将计时器功能选择在“间隔计时”档，令其一滑行器M2放在导轨中间处于静止状态（即两个光电门中间处），另一滑行器M1放在导轨的进气口端。用手推动滑行器M1向其滑行器M2方向运动。通过其一光电门后，自动测出时间。与滑行器M2发生完全非弹性碰撞后，两个滑行器同一方向继续运动通过另一光电门后，自动测出时间。立即用手轻轻制止滑行器运动。 2.6 算出两滑行器在完全非弹性碰撞前后通过光电门的对应V1、V2的速度。 2.7 将上述的测定和计算出滑行器完全非弹性碰撞前总动量为M1V1和完全非弹碰撞后总动量（M1+M2）V2,在误差范围内有M1V1=（M1+M2）V2式成立。即验证了动量守恒定律。 思考题 1.根据实际情况分析实验中引起测量误差的主要因素是什么？ 2.请说明动量守恒的条件？请举例说明动量守恒的实际应用？ 附录1 QDG-1型 气 垫 导 轨 使用说明书 使用之前 请务必仔细阅读 使用说明书 一、概述 气垫导轨是利用气垫原理进行工作的，它利用微音气泵将压缩空气打入导轨的空腔里，再由导轨表面按一定规律分布的许多小孔中喷射出，在导轨平面与滑行器内表面之间形成一个薄空气层——气垫，滑行器被气垫托起来悬浮在导轨上面，滑行器在气轨表面运动过程中，只受到很小的空气粘滞阻力的影响，能量损失极小，故滑行器的运动可以近似地看作是无摩擦阻力的运动。极大地减少了力学实验中由于摩擦力引起的误差，使实验结果基本上接近理论值，提高了实验精度，实验现象真实直观，实验效果明显，易为学生接受。 气垫导轨与计时器及微音气泵配套使用，可对各种力学物理量进行定量测定，对力学规律进行验证，是教师演示、学生分组实验的理想仪器。 二、技术性能 1、导轨工作面： QDG-2-1.2型长度1200mm； QDG-2-1.5型长度1500mm； QDG-2-2.0型长度2000mm； 导轨纵向竖直平面内的直线度：全长≤0.10mm； 任意400mm长度≤±0.05mm；