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气垫导轨法验证动量守恒定律的实验改进
1引言
用气垫导轨上的两个滑块的正碰撞来验证动量守恒定律,其实验原理如下:当两个滑块在水平的气垫导轨上沿直线作对心碰撞时,若略去滑块运动过程中所受的空气阻力和粘滞阻力,则滑块在水平方向上所受的合外力为零,故根据动量守恒定律,,,撞后的速度分别为v1′和v2′,则根据动量守恒定律有
在普通物理的实验方法中,实验装置图如图1所示,将m2静止放置在光电门A、B之间,m1以初速度v1向左运动碰撞m2以验证动量守恒定律,要想得到较佳的实验效果最好做到以下几点:尽量调平气垫导轨,以减少重力对物块的影响;在可能的条件下,尽可能的提高滑块碰撞前的速度,但是,无论如何调节气垫导轨和滑块,它们之间总是存在一定的空气阻力和粘滞阻力,在A门测出的速度v1、v1′,在B门测出的速度v2′和碰撞前后瞬间相应的速度有些差异,那么如何减少这些测出速度的差异呢?下面主要介绍一种通过实验改进减少差异的方法.
2实验改进
为了提高实验效果,可以在原实验的基础上对实验进行如下改进:
(1)使滑块m1和m2分别处在两光电门A、B的外侧,并以一定的初速度v1、v2相向运动,让两滑块在两光电门之间碰撞,然后分别以v1
′和v2′的速度弹开;
(2)在实验允许的情况下,尽量把两光电门靠近;
(3)使滑块m1、m2的速率v1、v2的差值较大.
改进后实验的装置图如图2所示(称为实验(1)),第一,两滑块碰撞前后的速度1与1′、2与2′方向彼此相反,两滑块碰撞前后所受的冲量1与1′、2与2′方向也彼此相反,所以1、2与1′、2′几乎可以相互抵消,因而可以减少冲量对动量的影响;第二,尽可能把光电门靠近,