气垫导轨上验证动量守恒定律.docx

1、气垫导轨上验证动量守恒定律实验二 在气垫导轨上验证动量守恒定律动量是描述物体运动地一个非常重要地物理量动量守恒，是最早发 现 地一条守恒定律如果一个系统不受外力或所受外力地矢量和为零，那么这 个系统地总动量保持不变，这个结论叫做动量守恒定律动量守恒定 律是自 然界中最重要最普遍地守恒定律之一，它既适用于宏观物体，也适用于微观 粒子；既适用于低速运动物体，也适用于高速运动物体动量守 恒定律与能 量守恒定律角动量守恒定律是自然界地普遍规律，在微观粒 子作高速运动（速度接近光速）地情况下，牛顿定律已经不适用，但是以 上定律仍然适 用现代物理学研究中，动量守恒定律成为一个重要地基础 定律它是一个实 验

2、规律，也可用牛顿第三定律和动量定理推导出来实验目地1 用弹性碰撞和完全非弹性碰撞情况下验证动量守恒定律实验仪器QDG-1型气垫导轨实验设备一套JMS-1计时计数测速仪一台（请在 实验之前认真阅读附录1和附录2地相应使用说明书）.实验原理在水平导轨上放两个滑行器，以两个滑行器作为系统，在水平方向不受 外力，两个滑行器碰撞前后地总动量应保持不变设两个滑行器地质量分别为M1和M2,相碰前地速度分别为V1和V2,相碰后地速度为V1，和V2S则根据动量守恒定律有:M1V1+M2V2Z2 M1V*M2V2只要测出两个滑行器在碰撞前后地速度，称出质量，即可验证动量守 恒定律.实验内容1 弹性碰撞实验装置见图

3、180cm处，调整导轨地水平；1.3两个滑行器上分别安装上1cm地挡光片，令其一在滑行器M1两端各 安装 弹性架.1.4用天平分别称出两个滑行器地质量和M21.5将计时器功能选择在“碰撞”档令两个滑行器放在导轨两端处作为运动 起始点用手同时推动两个滑行器使其相向运动，让它们分别通过两个光电 门地中间发生碰撞，发生碰撞后，各自朝相反地方向运动，再次 分别通过 两个光电门，此时计时器会自动测出4个t1.t1 .t2.t2时间.（详见J0201-CC或J0201-CHJ型数字计时器说明书）.1.6计算出两滑行器碰撞前后通过两个光电门地相对应V1.V1 .V2.V2地速 度.17将上述地测定地速度和计

4、算地滑行器地质量代入（4.1 ）式中计算,在误差 范围内，有M1V1+M2V2Z2 M1V+M2V2式成立，即验证了动量守恒定律.2.完全非弹性碰撞2.1实验装置见图2弹射器G光电门支架Va=O搭扣GVb滑行器二 L 1Mr rz3g0Fl i 11 hi ! i iiail:川川“川川川1 川川川川川川川I图2完全非弹性碰撞实验装置示意图图72.2在导轨地两端各自装上弹射器，光电门分别置于导轨30cm和80cm处， 调整导轨地水平.2.3两个滑行器上分别安装上1cm地挡光片和一端装上搭扣.2.4用天平分别称出两个滑行器地质量M1和M22.5将计时器功能选择在“间隔计时”档，令其一滑行器M2放

5、在导轨中间 处于静止状态（即两个光电门中间处），另一滑行器M1放在导轨地进气口 端用手推动滑行器M1向其滑行器M2方向运动通过其一光电门后，自动测 出时间与滑行器M2发生完全非弹性碰撞后，两个滑行器同一方向继续运动 通过另一光电门后，自动测出时间立即用手轻轻制止滑行器运动.2.6算出两滑行器在完全非弹性碰撞前后通过光电门地对应 V1 .V2地速度.2.7将上述地测定和计算出滑行器完全非弹性碰撞前总动量为 M1V1和完全非弹碰撞后总动量（M1+M2V2,在误差范围内有M1V1= （ M1+M2V2式成立即验证了动量守恒定律.思考题1 根据实际情况分析实验中引起测量误差地主要因素是什么？2请说明动

6、量守恒地条件？请举例说明动量守恒地实际应用?附录1QDG-1 型气垫导轨使用说明书使用之前请务必仔细阅读使用说明书1.概述气垫导轨是利用气垫原理进行工作地，它利用微音气泵将压缩空气打入导轨地空腔里，再由导轨表面按一定规律分布地许多小孔中喷射出 ，在导轨平面与滑行器内表面之间形成一个薄空气层一一气垫 ，滑行器被气垫托起来悬浮在导轨上面，滑行器在气轨表面运动过程中，只受到很小地 空气粘滞阻力地影响，能量损失极小，故滑行器地运动可以近似地看作是 无摩擦阻力地运动极大地减少了力学实验中由于摩擦力引起地误差 ， 使实验结果基本上接近理论值，提高了实验精度，实验现象真实直观，实验 效果明显，易为学生接受.

7、气垫导轨与计时器及微音气泵配套使用，可对各种力学物理量进行定量测定，对力学规律进行验证，是教师演示学生分组实验地理想仪器.2.技术性能1 导轨工作面：QDG-2-1.2 型长度 1200itiiti ；QDG-2-1.5 型长度 1500mm ；QDG-2-2.0 型长度 2000mm ；2.导轨纵向竖直平面内地直线度：全长w 0.10mm任意 400mn 长度 w 士 0.05mm3.导轨工作面地夹角：90。+0.1 ；4.导轨工作面地表面粗糙度：Ra3.25.导轨脚距：QDG-2-1 .2 型：600mm ；QDG-2-1 .5 型：800mm ； QDG-2-2.0 型：1100mm.6

8、喷气孔孔径：0.8min ；7.导轨进气口地外径： 30mm8.滑行器：QDG-2-1.2型：长度121mm质量约155g;QDG-2-1.5 型：长度 156mm 质量约 200g；QDG-2-2.0 型：长度 242mm 质量约 310g；9.滑行器浮高：在气体压强不小于5.8kPa,最大承载质量不小于3倍滑 行器质量条件下，不小于0.10mm ；10.工作环境温度：0 C40 C;11 相对湿度：不大于90%R ； H12.要求气源压强：不小于5.8kPa.三仪器特点结构配套1 导轨是气垫导轨地主体，采用优质合金铝型材制成，轻便机械强度高,特殊 地结构设计更增加了它地机械强度，长期使用不

9、易变形，出厂前由精密机加 工保证了它地直线度2.导轨两端堵板为可拆卸式，便于清洗导轨内腔3.导轨两侧均可安装光电门，便于学生对实验现象地观察见“图一” 4.仪器实验附件结构见“表一” 四使用维护和保养须知1 气垫导轨地附件比较多，安装前必须认真阅读一下说明书及附图1,认识 每个附件地用途及安装位置2气垫导轨地实验精度高，应选用稳固平整地实验桌放置仪器，放置时先 将调平架用两个螺钉紧固在导轨底部，安装滑轮地一端伸出桌面，便于实验, 另一端通过波纹软管与气源相接在导轨支脚下面垫上垫脚，垫脚地平面一 侧贴在桌面上，垫脚和调平螺钉地尖端放凹槽中3.滑轮安装在导轨前端地堵板上，使用前应调整轴尖要适度，使

10、滑轮转动灵 活，并滴加少许钟表油，使之润滑.4气源接通电源和导轨，使空气进入导轨地空腔里后用手指贴在导轨地工作面逐个检查气孔是否畅通，如果有被堵塞气孔，用 0.5mm地钢丝针 清除堵塞物，务必使每个气孔畅通为避免实验受振动影响，气源应放 在远 离实验桌处5.有些实验滑行器要重复地从同一位置开始运动，可用起始挡板定位6.实验中，滑行器地滑行速度不宜过小和过大,速度以50cm/s左右为宜.桶码 片光挡架支门电光脚垫块高垫簧弹子振 扣搭钩挂簧弹子振 /-轮滑板挡始起簧弹子振钩挂垫脚及垫高块n O 栓螺角六7作弹性碰撞实验时用弹射器作完全非弹性碰撞实验时，将附件中地搭 扣分别安装在两个滑行器上，碰撞时

11、两个滑行器滑行通过搭扣粘在一起 运动.8导轨和滑行器工作面地直线度精度较高，为此在搬运及安装使用中，严禁 磕碰.受压和撞击，导轨在未通气前，严禁用滑行器沿轨面滑动摩擦，以防损伤 工作面9.每次实验后，要将导轨和滑行器地工作面用干净软布擦试干净导轨在存 放时竖直挂起存放为佳，不要放置在潮湿或有腐蚀性气体地地方五.实验方法1 气垫导轨是物理力学教学中教师学生不可缺少地实验仪器配套上海实博 实业有限公司所生产各种型号地智能计时计数器低噪音气泵，可以完成新 教材中所规定很多地力学实验2.导轨地调平：导轨调整水平是实验前地重要准备工作，要细致耐心地反复调整，可按下列两种方法中任一种方法调平导轨：a.静态

12、调平法：导轨接通微音气泵，滑行器置在导轨某处，用手轻轻地 把滑行器压在导轨上，再轻轻地放开，观察滑行器地运动状态连续做几 次，如果滑行器在导轨上静止不动，或稍有左右移动，则导轨是水平地；如 滑行器都向同一方向运动，表明导轨不平认真仔细调节水平螺钉，直到滑 行器在导轨任意位置上基本保持静止不动，或稍有滑动，但不总是向同一个 方向滑动，即可认为已基本调平一般要在导轨上选取几个位置做这样地调 节b.动态调平法：将气轨与计时器配合进行调平，仪器接通电源，仪器功能 选择在“间隔计时”档上，两个光电门间距不小于30cm卡装在导轨上，在导 轨两端装上弹射器，滑行器装上挡光片（如1cm 种），给气轨通气，让

13、滑行器以一定地速度从导轨地左端向右端运动（或者滑行器在导轨以一定速 度向右运动），先后通过两个光电门G1和G2,计时器就分别计下了滑行器 装上挡光片L宽度，通过两个光电门地时间厶t1和厶t2.若厶t1 A 2即滑行器通过G2地光电门时间短，表明滑行器运动速度力1 快，导轨左高右低，滑行器做加速运动；若厶t1 A t2,表明滑行器做减速运 动，导轨左低右高，细心调节水平调节螺钉， t1与厶t2地时间差值尽量 小，直至 t1 = t2,但由于受空气地粘滞阻力地影响，J t1工厶t2,只要 t1比厶t2稍微大些，即可视为导轨已基本调平了 .JMS-1计时计数测速仪(存贮式数字毫秒计)使用说明书一 概

14、述JMS-1计时计数测速仪具有存储功能，时基精度高(微秒级)地测量 时间间隔地数字计量仪器它可做计数计时等使用.本仪器采用MCS-51单片微型计算机为核心，智能度高，数据存储和 处理能力强，操作简便，小数点单位和量程自动定位换档，且自动进入 四 舍五入智能化显示数据除了具有一般计时器地功能外，与QDG-2型气垫 导轨自由落体实验仪转动惯量实验仪等配合使用，还能测量速度加 速度. 重力加速度角加速度周期等物理量和碰撞等实验，并直接显示实验地速度 和加速度及角加速度地值.二.技术性能1 工作条件电源：AC. 220x( 110%) V,50x (1 5%) Hz环境温度：-10C+40C.相对湿度：不大于85% ( 40C) 工作时间：连续工作.2.外形尺寸：约 230mmx210mmx1 OOrii 量：约 2.5kg.3.技术参数：见下表项目 JMS-1型1时基精度石英晶体振荡器米用6MHz1MH+ 10Hz2数据显不五位高为16.24mm高亮度 LED数码显示四个LED单估显示，八个LED功能指示，3计数范围0999994计时范围0.00ms 99999s5速度范围0.00 999cm/s6加速度范围0.00 999cm/s27周期0.00ms 99999s8时标周期0.1 ms, 1ms, 10ms, 100ms, 1s9时标幅度