气垫导轨上验证动量守恒定律参考资料.doc

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的一个非常重要的物理量。动量守恒,是最早发现的一条守恒定律。如果一个系统不受外力或所受外力的矢量和为零,那么这个系统的总动量保持不变,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的守恒定律之一,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的普遍规律,在微观粒子作高速运动(速度接近光速)的情况下,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的基础定律。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。
实验目的
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的相应使用说明书)。
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的总动量应保持不变。设两个滑行器的质量分别为M1和M2,相碰前的速度分别为V1和V2,相碰后的速度为V1′和V2′,则根据动量守恒定律有:
M1V1+M2V2=M1V1′+M2V2′
只要测出两个滑行器在碰撞前后的速度,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1
图1 弹性碰撞实验装置示意图
在导轨的安装滑轮端装上弹射架,两光电门分别置于导轨30cm和80cm处,调整导轨的水平;
两个滑行器上分别安装上1cm的挡光片,令其一在滑行器M1两端各安装弹性架。
用天平分别称出两个滑行器的质量M1和M2;
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的中间发生碰撞,发生碰撞后,各自朝相反的方向运动,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。
(或J0201-CHJ型数字计时器说明书)。
、V1′、V2、V2′的速度。
将上述的测定的速度和计算的滑行器的质量代入()式中计算,在误差范围内,有M1V1+M2V2=M1V1′+M2V2′式成立,即验证了动量守恒定律。
2、完全非弹性碰撞
实验装置见图2
图2 完全非弹性碰撞实验装置示意图
在导轨的两端各自装上弹射器,光电门分别置于导轨30cm和80cm处,调整导轨的水平。
两个滑行器上分别安装上1cm的挡光片和一端装上搭扣。
用天平分别称出两个滑行器的质量M1和M2。
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放在导轨的进气口端。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。
算出两滑行器在完全非弹性碰撞前后通过光电门的对应V1、V2的速度。
将上述的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+M2)V2,在误差范围内有M1V1=(M1+M2)V2式成立。即验证了动量守恒定律。
思考题
?
?请举例说明动量守恒的实际应用?
附录1
QDG-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
一、概述
气垫导轨是利用气垫原理进行工作的,它利用微音气泵将压缩空气打入导轨的空腔里,再由导轨表面按一定规律分布的许多小孔中喷射出,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,只受到很小的空气粘滞阻力的影响,能量损失极小,故滑行器的运动可以近似地看作是无摩擦阻力的运动。极大地减少了力学实验中由于摩擦力引起的误差,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、学生分组实验的理想仪器。
二、技术性能
1、导轨工作面:
QDG-2-;
QDG-2-;
QDG-2-;
导轨纵向竖直平面内的直线度:全长