实验十八 动量定理（变力）实验目的探究物体在变力的作用下，物体所受合力的冲量与物体动量变化的关系。实验原理由动量定理：物体所受合力的冲量等于物体动量变化，即 Ft=mv ’ -mv 。在轨道上用小车与力传感器的测钩碰撞，测出小车碰前和碰后返回通过光电门的时间计算出小车速度的变化，从而得出小车动量的变化。从力传感器测得的“F-t”图线上，通过对图线的积分处理得出冲量大小。比较小车在变力的作用下冲量与动量的变化关系。实验器材朗威 DISLab、计算机、DISLab 力学轨道及其附件、天平等。实验装置图见图 18-1。实验过程与数据分析1．在小车上安装“I”型挡光片（本次实验所用挡光片的宽度为 0.020m）并在其前端安装弹簧圈，用天平称出小车的总质量 m（kg）；图 18-1 实验装置图12．将光电门传感器和力传感器分别接入数据采集器的第一、二通道，将光电门传感器用支架固定在轨道的一侧；3．将力传感器通过力学轨道上的固定柱固定在轨道上，调整其高度使测钩与滑块弹簧圈的触碰点刚好位于测钩中心线上；4．打开“组合图线”，添加“力-时间”图线，将采样频率设置为“500”。打开“计算表格”，点击“开始”；5．推动小车通过光电门传感器后与力传感器的测钩碰撞，经反弹后又通过光电门传感器则挡光片两次通过光电门传感器的挡光时间 t1记录在表格中；6．在计算表格中，增加变量“t2”，将 t1列中的第二行的数据复制后粘贴到 t2列中的第一行中。增加变量“m”表示小车的总质量（本次实验为 0.3175kg）；7．输 入 代 表 “ 碰 前 速 度 ” 、 “ 碰 后 速 度 ” 和 “ 动 量 变 化 ” 的 公 式“v 1= 0.020 /t 1”、“v2= 0.020 /t 2”和“p=m*(v1+v2)”，计算得出动量变化分别为 0.2926（图18-2）；8．在“组合图线”窗口中，用图线控制功能，将碰撞时的“F-t”图线回放，选取有效区域后，启用“其它处理”中的“积分”功能，计算出力与时间的积分值（即冲量 Ft），得出碰撞的冲量是：0.2888（图 18-2）；9．重复步骤 4~10，得到多次实验结果，见图 18-3。10．计算三次实验冲量与动量变化量的相对误差，分别是 1.31%、1.28%、0.68%，充分说明了在误差允许范围内二者相等。图 18-2 冲量与动量变化实验结果图 18-3 两次实验结果2建议：本实验亦可使用朗威®DISLab 教材专用软件来做，实验操作将大为简化。本实验亦可使用气垫导轨。实验器材朗威 DISLab、计算机、气垫导轨、天平、铁架台等。实验装置图见图 18-4。实验过程与数据分析同上。图 18-4 实验装置图3
