用气垫导轨验证动量守恒定律

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...