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v10和v20，相碰后的速度为v1和v2。根据动量守恒定律，有m1v10+m2v20=m1v1+m2v2（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v10和v20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v10=Δx/Δt1,v20=Δx/Δt2。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12m1v102+12m2v202=12m1v12+12m2v22（2）（1）若两个滑块质量相等，m1=m2=m，且令m2碰撞前静止，即v20=0。则由（1）、（2）得到v1=0，v2=v10即两个滑块将彼此交换速度。（2）若两个滑块质量不相等，m1≠m2，仍令v20=0，则有m1v10=m1v1+m2valignl¿2¿¿¿及12m1v102=12m1v12+12m2v22可得v1=m1−m2m1+m2v10，v2=2m1m1+m2v10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m1m21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v1=v2=v仍令v20=0则有m1v10=(m1+m2)v所以v=m1m1+m2v10当m2=m1时，v=12v10。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m1v10=(m1+m2)v(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（v20=0），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v10。(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v20=0，则有m1v10=m1v1+m2valignl¿2¿¿¿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相同质量滑块碰撞：m1=m2=m=g，v1=v2=v，v20=0碰前碰后百分偏差22、弹性碰撞数据表不同质量滑块碰撞：m1=g，m2=g，v20=0次数碰前碰后百分偏差E=k0−(k1+k2)k0v10cm/sk0=m1v10gcm/sv1cm/sk1=m1v1gcm/sv2cm/sk2=m2v2gcm/s123相同质量滑块碰撞：m1=m2=m=g，v20=0，v1=0次数碰前碰后百分偏差E=k0−kk0×100%v10cm/sk0=m1v10（gcm/s）v2cm/sk=m2v2（gcm/s）123[思考题]1．为了验证动量守恒，在本实验操作上如何来保证实验条件，减小测量误差。2．为了使滑块在气垫导轨上匀速运动，是否应调节导轨完全水平？应怎样调节才能使滑块受到的合外力近似等于零？附录仪器结构和使用方法。（一）气垫导轨气垫导轨是一种力学实验仪器，它是利用从气轨表面小孔喷出的压缩空气使安放在导3轨上的滑块与导轨之间形成很薄的空气层（这就是所谓的“气垫”），促使滑块从导轨面上浮起，从而避免了滑块与导轨面之间的接触磨擦，仅有微小的空气层粘滞阻力和周围空气的阻力。这样，滑块的运动可近似看成是“无磨擦”运动。1．气轨结构如图1所示，它主要有导轨、滑块和光电门三部份组成。图1气轨结构导轨：由长1.5m的一根非常平直的直角三角形铝合金管做成，两侧轨面上均匀分布着两排很小的气孔，导轨的一端封闭，另一端装有进气嘴，当压缩空气经软管从进气嘴进入导轨后，就...
