力學實驗《用氣墊導軌驗證動量守恒定律》

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè) 用氣墊導軌驗證動量守恒定律實驗目的1、觀察彈性碰撞和完全非彈性碰撞現(xiàn)象。2、驗證碰撞過程中的動量守恒定律。實驗儀器氣墊導軌全套、MUJ-5C/5B電腦通用計數(shù)器、物理天平、砝碼。實驗原理 在水平氣墊導軌上放兩個滑塊，以兩個滑塊作為系統(tǒng)，在水平方向不受外力，兩個滑塊碰撞前后的總動量應保持不變。設兩滑塊的質(zhì)量分別為m1和m2，碰撞前的速度為和，相碰后的速度為和。根據(jù)動量守恒定律，應該有 （1）測出兩滑塊的質(zhì)量和碰撞前后的速度，就可驗證碰撞過程中動量是否守恒。其中和是在兩個

2、光電門處的瞬時速度，即x/t，t越小此瞬時速度越準確。在實驗里我們以擋光片的寬度為x，擋光片通過光電門的時間為t，即有 。 本實驗分下述兩種情況進行驗證：1、彈性碰撞：兩滑塊的相碰端裝有緩沖彈簧，它們的碰撞可以看成是彈性碰撞。在碰撞過程中除了動量守恒外，它們的動能完全沒有損失，也遵守機械能守恒定律，有 （2）若兩個滑塊質(zhì)量相等，m1=m2=m，且令m2碰撞前靜止，即=0，則由（1）、（2）兩式可得到 =0， =即兩個滑塊將彼此交換速度。若兩個滑塊質(zhì)量不相等，仍令=0，則有 及 可得 ， 當m1m2時，兩滑塊相碰后，二者沿相同的速度方向（與相同）運動；當m1m2、完全非彈性碰撞將兩滑塊上的緩沖彈

3、簧去掉。在滑塊的相碰端裝上尼龍扣。相碰后尼龍扣將兩滑塊扣在一起，具有同一運動速度，即若兩個滑塊質(zhì)量相等，m1=m2=m，且令m2碰撞前靜止，即=0。則有即兩滑塊扣在一起后，質(zhì)量增加一倍，速度為原來的一半。若兩個滑塊質(zhì)量不相等，仍令=0，則有所以實驗內(nèi)容1、在彈性碰撞下驗證動量守恒定律(1)調(diào)平氣墊導軌，安裝光電門，調(diào)節(jié)兩光電門之間的距離約為50cm(2)將兩個質(zhì)量相等的滑塊放置在導軌上，滑塊m2置于兩個光電門之間的適當位置，m1置于導軌的另一端，使兩滑塊上面的彈簧相對。(3)用手輕推滑塊m1，使其以一定的初速度通過光電門與滑塊m2相碰，碰后滑塊m1 靜止，滑塊m2 的速度可有光電門測出，完成數(shù)

4、據(jù)記錄表1，驗證兩個速度是否相等，即可驗證動量知否守恒。(4) 給滑塊m1加上適當砝碼，重復步驟三，完成數(shù)據(jù)記錄表2，驗證碰撞前后的動量是否守恒。2、在完全非彈性碰撞下驗證動量守恒定律(1)將兩滑塊的彈簧去掉，并安裝非彈性碰撞器。同上步的(2) (3)，完成數(shù)據(jù)記錄表3。驗證兩相等質(zhì)量的滑塊在非完全彈性碰撞的情況下，動量是否守恒。 (2)同上步的(4)，完成數(shù)據(jù)記錄表4。驗證兩質(zhì)量不相等的滑塊在非完全彈性碰撞的情況下，動量是否守恒。 數(shù)據(jù)記錄數(shù)據(jù)記錄表1：相同質(zhì)量滑塊碰撞： ， ，次數(shù)碰 前碰 后百分偏差（）（）（）（）123數(shù)據(jù)記錄表2：不同質(zhì)量滑塊碰撞： ， 次數(shù)碰 前碰 后百分偏差123

5、數(shù)據(jù)記錄表3：相同質(zhì)量滑塊碰撞： ， ， 次數(shù)碰 前碰 后百分偏差（）（）123數(shù)據(jù)記錄表4：不同質(zhì)量滑塊碰撞： ， ， ， 次數(shù)碰 前碰 后百分偏差（）（）123思考題1為了驗證動量守恒，在本實驗操作上如何來保證實驗條件，減小測量誤差。2為了使滑塊在氣墊導軌上勻速運動，是否應調(diào)節(jié)導軌完全水平？應怎樣調(diào)節(jié)才能使滑塊受到的合外力近似等于零？附錄 儀器結(jié)構(gòu)和使用方法。（一）氣墊導軌 氣墊導軌是一種力學實驗儀器，它是利用從氣軌表面小孔噴出的壓縮空氣使安放在導軌上的滑塊與導軌之間形成很薄的空氣層（這就是所謂的“氣墊”），促使滑塊從導軌面上浮起，從而避免了滑塊與導軌面之間的接觸磨擦，僅有微小的空氣層粘滯

6、阻力和周圍空氣的阻力。這樣，滑塊的運動可近似看成是“無磨擦”運動。 1 氣軌結(jié)構(gòu) 如圖1所示，它主要有導軌、滑塊和光電門三部份組成。圖1 氣軌結(jié)構(gòu)導軌：由長2m的一根非常平直的直角三角形鋁合金管做成，兩側(cè)軌面上均勻分布著兩排很小的氣孔，導軌的一端封閉，另一端裝有進氣嘴，當壓縮空氣經(jīng)軟管從進氣嘴進入導軌后，就從小孔噴出而托起滑塊?；瑝K被托起的高度一般只在0.010.1mm左右。為了避免碰傷，導軌兩端及滑塊上都裝了緩沖彈簧。導軌的一端還裝有氣墊“滑輪”，它不轉(zhuǎn)動，只是一個鉆有小孔的空心圓柱（或彎管），當壓縮空氣從小孔噴出時，可以使繞過它的輕薄尼龍懸浮起來，因此可當成沒有轉(zhuǎn)動也沒有磨擦的“滑輪滑塊：

7、由角鋁做成，是導軌上的運動物體，其兩側(cè)內(nèi)表面與導軌表面精密吻合。兩端裝有緩沖彈簧或尼龍搭扣，上面安置測時用的矩形（或窄條形）擋光片。光電門：導軌上設置兩個光電門，光電門上裝有光源（聚光小燈泡或紅外發(fā)光管）和光敏管，光敏管的二極通過導線和計時器的光控輸入端相接。當滑塊上的擋光片經(jīng)過光電門時，光敏管受到的光照發(fā)生變化，引起光敏兩極間電壓發(fā)生變化，由此產(chǎn)生電脈沖信號觸發(fā)計時系統(tǒng)開始或停止計時。光電門可根據(jù)實驗需要安置在導軌的適當位置，并由定位窗口讀出它的位置。2、注意事項 氣軌表面的平直度、光潔度要求很高，為了確保儀器精度，決不允許其它東西碰、劃傷導軌表面，要防止碰倒光電門損壞軌面。未通氣時，不允許

8、將滑塊在導軌上來回滑動。實驗結(jié)束后應將滑塊從導軌上取下。 滑塊的內(nèi)表面經(jīng)過仔細加工，并與軌面緊密配合，兩者是配套使用的，因此絕對不可將滑塊與別的組調(diào)換。實驗中必須輕拿輕放，嚴防碰傷變形。拿滑塊時，不要拿在擋光片上，以防滑塊掉落摔壞。 氣軌表面或滑塊內(nèi)表面必須保持清潔，如有污物，可用紗布沾少許酒精擦凈。如軌面小氣孔堵塞，可用直徑小于 0.6mm 的細鋼絲鉆通。實驗結(jié)束后，應該用蓋布將氣軌遮好。（二）氣墊導軌的水平調(diào)節(jié)在氣墊導軌上進行實驗，必須按要求先將導軌調(diào)節(jié)水平?？砂聪铝腥我环N方法調(diào)平導軌。靜態(tài)調(diào)節(jié)法：接通氣源，使導軌通氣良好，然后把裝有擋光片的滑塊輕輕置于導軌上。觀察滑塊“自由”運動情況。若

9、導軌不水平，滑塊將向較低的一邊滑動。調(diào)節(jié)導軌一端的單腳螺釘，使滑塊在導軌上保持不動或稍微左右擺動而無定向移動，則可認為導軌已調(diào)平。動態(tài)調(diào)節(jié)法：將兩光電門分別安在導軌某兩點處，兩點之間相距約50cm（以指針為準）。打開光電計數(shù)器的電源開關(guān)，導軌通氣后滑塊以某一速度滑行。設滑塊經(jīng)過兩光電門的時間分別為t1和t2。由于空氣阻力的影響，對于處于水平的導軌，滑塊經(jīng)過第一個光電門的時間t1總是略小于經(jīng)過第二個光電門的時間t2（即t1t2）。因此，若滑塊反復在導軌上運動，只要先后經(jīng)過兩個光電門的時間相差很小，且后者略為增加（兩者相差2%以內(nèi)），就可認為導軌已調(diào)水平。否則根據(jù)實際情況調(diào)節(jié)導軌下面的單腳螺釘，反復觀察，直到計算左右來回運動對應的時間差（t2t1）大體相同即可。（三）測定速度的實驗原理圖2 擋光片物體作直線運動時，平均速度為，時間間隔或位移越小時，平均速度越接近某點的實際速度，取極限就得到某點的瞬時速度。在實驗中直接用定義式來測量某點的瞬時速度是不可能的，因為當趨向零時也同時趨向零，在測量上有具體困難。但是在一定誤差范圍內(nèi)，我們?nèi)钥扇∫缓苄〉募捌湎鄳?，用其平均速度來近似地代替瞬時速度。圖2 擋光片被研究的物體（滑塊）在氣墊導軌上作“無