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用气垫导轨验证动量守恒定律

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1 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10v和20v,相碰后的速度为1v 和2v。根据动量守恒定律,有 2211202101vmvmvmvm(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10v和20v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220110/,/txvtxv。 实验分两种情况进行: 1. 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 2222112202210121212121vmvmvmvm(2) (1)若两个滑块质量相等,m1=m2=m,且令m2 碰撞前静止,即20v=0。则由(1)、(2)得到 1v =0,2v =10v 即两个滑块将彼此交换速度。 (2)若两个滑块质量不相等,21mm ,仍令20v=0,则有 2211101vmvmvm 及 2222112101212121vmvmvm 可得 1021211vmmmmv,1021122vmmmv 当 m1m2 时,两滑块相碰后,二者沿相同的速度方向(与10v相同)运动;当 m1m22 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。 2. 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 vvv21仍令020 v 则有 v)mm(vm21101 所以 10211vmmmv 当m2=m1 时,1021 vv。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 vmmvm)(21101 (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(020 v),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10v 。 (3) 两滑块...

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