《用气垫导轨验证动量守恒定律》.doc

用气垫导轨验证动量守恒定律
一、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。
二、实验仪器
气垫导轨全套，计时计数测速仪，物理天平。

三、实验原理

设两滑块的质量分别为m1和m2，碰撞前的速度为和，相碰后的速度为和。根据动量守恒定律，有
（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。其中和是在两个光电门处的瞬时速度，即Dx/Dt，Dt越小此瞬时速度越准确。在实验里我们以挡光片的宽度为Dx，挡光片通过光电门的时间为Dt，即有。
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
（2）
（1）若两个滑块质量相等，m1=m2=m，且令m2碰撞前静止，即=0。则由（1）、 （2）得到
=0， =
即两个滑块将彼此交换速度。
（2）若两个滑块质量不相等，，仍令=0，则有

及

可得
，
当m1>m2时，两滑块相碰后，二者沿相同的速度方向（与相同）运动；当m1< m2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
仍令
则有

所以

当m2=m1时，。即两滑块扣在一起后，质量增加一倍，速度为原来的一半。
四、实验内容及步骤

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

(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（），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。
(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。
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，则有

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。
五、数据记录与处理

1、 完全非弹性碰撞数据表
g g

次数
碰 前
碰 后
百分差

1

2

3

4

5

2．弹性碰撞数据表
g g

次数

碰 前

碰 后

1

2

3

4

5

六、实验结论
在误差允许范围内，系统在合外力为零的情况下动量守恒。
七、实验心得
这次实验虽然波折和困难颇多，但收获却不少。首先，对计算机Word文档有更进一步的认识和了解，其次，对迈克尔逊干涉仪的调节和使用进一步的认识，再次，通过自己查找资料，自己设计实验，自己动手做，在一定程度上提高了自己的动手能力。