大学物理实验《用气垫导轨验证动量守恒定律》

PAGE5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m1m2时，两滑块相碰后，二者沿相同的速度方向（与相同）运动；当m1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m22.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可认为导轨已调水平。否则根据实际情况调节导轨下面的单脚螺钉，反复观察，直到计算左右来回运动对应的时间差（t2－t1）大体相同即可。（三）测定速度的实验原理图2挡光片物体作直线运动时，平均速度为，时间间隔或位移越小时，平均速度越接近某点的实际速度，取极限就得到某点的瞬时速度。在实验中直接用定义式来测量某点的瞬时速度是不可能的，因为当趋向零时也同时趋向零，在测量上有具体困难。但是在一定误差范围内，我们仍可取一很小的及其相应的，用其平均速度来近似地代替瞬时速度。图2挡光片被研究的物体（滑块）在气垫导轨上作“无摩擦阻力”的运动，滑块上装有一个一定宽度的挡光片，当滑块经过光电门时，挡光片前沿挡光，计时仪开始计时；挡光片后沿挡光时，计时立即