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

2、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V2，则根据动量守恒定律有：M1V1+M2V2二M1V*M2V2只要测出两个

3、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1.1实验装置见图11.2在导轨地安装滑轮端装上弹射架，两光电门分别置于导轨 30cm和 80cm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 M1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

4、.（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.1.7将上述地测定地速度和计算地滑行器地质量代入（4.1 ）式中计算, 在误差范围内，有M1V1+M2V2二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G:Vb滑行器二 -L 1Ml* g0Fl i 1 1 h i i i i i ia i i !I/III/I/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

5、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M2.2.5将计时器功能选择在“间隔计时”档，令其一滑行器M2放在导轨中 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

6、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

7、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.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 1200mm；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

8、.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.喷气孔孔径： 0.8mm；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 9

9、0%R；H12.要求气源压强：不小于 5.8kPa.3.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” .4.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

10、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

11、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.钉螺节调平水轮滑片光挡码磋 堵端右 板挡止起架支门电光器行滑器射弹 堵端左桶码a片光挡架支门电光脚垫块高垫码a钩码a轮滑簧弹子振扣搭 钩挂簧弹子振 片光挡簧弹子振钩挂扣搭垫脚及垫高块no 栓螺角六附件盒布局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

12、,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 .5.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

13、. 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一种），给气轨通气， 让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

14、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 t2,即滑行器通过 G2地光电门时间短，表明滑行器运动速度 加快,导轨左高右低，滑行器做加速运动；若厶t1 S(?)S2 T . ag Col Sgl(0.1ms) Sgl(1ms) Sgl(10ms) Sgl(100ms) Sgl(1s) k10时只显示前10个振动周期和n次 振动时间地总和 .6.“ a”一测加速度配合气垫导轨 . 挡光框和两个光电门作运动体地加速度实验 . 运动体 上地挡光框通过两个光电门之后自动进入循环显示：t1: 挡光框

15、通过第一个光电门地时间 （不是指 1号光电门 ,是指实验地顺 序）；t2: 挡光框通过第一个光电门至第二个光电门之间地间隔时间；t3: 挡光框通过第二个光电门地时间；V1: 挡光框通过第一个光电门时地速度；V2: 挡光框通过第二个光电门时地速度；a: 挡光框从第一个光电门到第二个光电门之间地运动加速度 . 按【清零】 键,清除所有实验数据 , 又可重新做实验 .7.“g”一测重力加速度71 配合自由落体实验仪作实验a.把自由落体实验仪地地光电门插头插入后盖上地自由落体插座 .b.拔下 1号光电门和 2 号光电门插座上地光电门 .c.接上220V交流电源,打开电源开关.d.按【功能】键，选择“

16、g”档.e.把【6V/同步】键拨到“6V”处，这时自由落体实验仪地电磁铁电源被接通, 吸住钢球 .f.按【清零】键 , 清除数据 .g.把【6V/同步】键拨到“同步”处，电磁铁断电，钢球被释放，计时器同 步计时 .h.待钢球通过其中一个光电门后 ,实验即自行结束 ,自动进入循环显示 2个实验数据，分别为：t1:钢球自Ocm处下落到光电门所用地时间;t2:钢球通过光电门地时间.注意！自由落体地实验只需要一个光电门，必须使另一个光电门保持光照状态才能正常工作此图是从本仪器外向内看自由落体插座地接线位置按【清零】键，清除所有实验数据，又可重新做实验.7.2.配合斜槽轨道因有地斜槽轨道原采用PMO集成

17、电路地连接方式，应改接CMO方式,所以应先把斜槽轨道上两只光电门中光敏三极管8.“Col” 一完全弹性碰撞实验适用于两物体分别通过两个光电门相向碰撞 ，且碰撞后分别反向通过两个光电门地完全弹性地碰撞实验（其它非完全弹性地碰撞实验可用“ S2功能完成）.配合气垫导轨作完全弹性碰撞实验 ，使用两个挡光框和两个光电门 作实验.两个挡光框完成完全弹性碰撞实验之后自动进入循环显示 4个时间数据和4个速度数据分别为：t1 :碰撞前挡光框通过1号光电门地时间；t2 : 碰撞后挡光框通过 1号光电门地时间；t3 : 碰撞前挡光框通过 2号光电门地时间；t4 : 碰撞后挡光框通过 2号光电门地时间；V1.0 :

18、 碰撞前挡光框通过 1 号光电门地速度；V1.1 : 碰撞后挡光框通过 1号光电门地速度；V2.0 : 碰撞前挡光框通过 2 号光电门地速度；V2.1 : 碰撞后挡光框通过 2 号光电门地速度；并如此反复循环 . 按【清零】键 , 清除所有实验数据 , 可重新做实验 .9“Sgl” 一时标输出按【功能】键,选择 Sgl 档,再依次按【功能】键可选择时标周期 （屏 幕随着依次按【功能】键显示时标周期为 :0.1ms,1ms,10ms,100ms,1s） ； 后盖上地时标插座输出幅度不低于 5V地脉冲信号.按【清零】键 , 清除所有实验数据 , 又可重新做实验 .开机后,后盖上地6V输出即可作6V

19、/0.5A直流稳压电源使用.五. 使用注意事项1.仔细阅读说明书 , 再使用仪器 .2.两个光电门必须同时插入 1.2 号光电门.但千万不得插进自由落体接 口插座 , 否则会损坏光电门 .（ 该口输出地是交流信号 ）.3.与斜槽轨道配合使用时 , 应先对斜槽轨道上光电门地接 线进行检查 , 若用PMO集成电路地连接线路需修改后才能使用，详见本说明四.7条.4.挡光片或挡光物地宽度应3mm档光框或光照孔地宽度应5mm.5.仪器后盖上地 【挡光框宽度或转盘角度选择开关】 在使用 S2.a.Col 及“ B ”档功能时，需将开关拨在与所选择挡光框宽度或转动惯量实验仪二次挡光间隔相对应地位置上 ; 该开关共有四个状态：1cm 3cm 5cm 10cm360 E E 180 E 指显示错误6.后盖上设置地【地线插座】 ,使用时应可靠接地 .六.仪器成套性JMS-1计时计数测速仪 1台2.JMS-1 使用说明书 1 本3.光电门 2 套4.地线插头 1 件5.熔断丝管（ 0.3A ） 2 支6.干燥剂 1 袋