《用气垫导轨验证动量守恒定律》

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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v10和v20，相碰后的速度为v1和v2。根据动量守恒定律，有

m1v10m2v20m1v1m2v2 （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v10和v20是在两个光电门处的瞬时速度，即x/t，t越小此瞬时速度越准确。在实验里我们以挡光片的宽度为x，挡光片通过光电门的时间为t，即有v10x/t1,v20x/t2。 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

11112222

（2） m1v10m2v20m1v1m2v2

2222

（1）若两个滑块质量相等，m1=m2=m，且令m2碰撞前静止，即v20=0。则由（1）、 （2）得到

v1=0， v2=v10 即两个滑块将彼此交换速度。

（2）若两个滑块质量不相等，m1m2，仍令v20=0，则有 m1v10m1v1m2v2 及



11122

m1v10m1v12m2v2

222


可得

v1

m1m22m1

v10 ， v2v10

m1m2m1m2

当m1m2时，两滑块相碰后，二者沿相同的速度方向（与v10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

v1v2v 仍令v200

则有

m1v10(m1m2)v

所以

v

m1

v10

m1m2

当m2=m1时，v

1

v10。即两滑块扣在一起后，质量增加一倍，速度为原来的一半。 2

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 m1v10(m1m2)v

(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（v200），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v10。 (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v200，则有

m1v10m1v1m2v2

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。

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