Question

10．某同學利用打點計時器和氣墊導軌做“探究碰撞中的不變量”的實驗；氣墊導軌裝置如圖（a）所示，所用的氣墊導軌裝置由導軌、滑塊、彈射架等組成．在空腔導軌的兩個工作面上均勻分布著一定數量的小孔，向導軌空腔內不斷通人壓縮空氣，壓縮空氣會從小孔中噴出，使滑塊穩定地漂浮在導軌上，如圖（b）所示，這樣就大大減小了因滑塊和導軌之間的摩擦而引起的誤差．
滑塊1右端安有撞針，滑塊2左端粘有橡皮泥．

（1）下面是實驗的主要步驟：
①安裝好氣墊導軌，調節氣墊導軌的調節旋鈕，使導軌水平；
②向氣墊導軌通入壓縮空氣；
③把打點計時器固定在緊靠氣墊導軌左端彈射架的外側，將紙帶穿過打點計時器越過彈射架并固定在滑塊1的左端，調節打點計時器的高度，直至滑塊拖著紙帶移動時，紙帶始終在水平方向；
④滑塊1擠壓導軌左端彈射架上的橡皮繩；
⑤把滑塊2放在氣墊導軌的中間；
⑥先接通打點計時器的電源，然后放開紙帶，讓滑塊1帶動紙帶一起運動，與滑塊2相撞并合在一起共同運動；
⑦取下紙帶，重復步驟④⑤⑥，選出較理想的紙帶如圖（c）所示：

⑧測得滑塊1（包括撞針）的質量為310g，滑塊2（包括橡皮泥）的質量為205g；試完善實驗步驟⑥的內容．
（2）已知打點計時器每隔0.02s打一個點，計算可知，兩滑塊相互作用前質量與速度的乘積之和為0.620kg•m/s；兩滑塊相互作用以后質量與速度的乘積之和為0.618kg•m/s（保留三位有效數字）．
（3）試說明（2）問中兩結果不完全相等的主要原因是紙帶與打點計時器限位孔有摩擦力的作用．

Answer 1

分析 使用打點計時器時，先接通電源后釋放紙帶；本實驗為了驗證動量守恒定律設置滑塊在氣墊導軌上碰撞，用打點計時器紙帶的數據測量碰前和碰后的速度，計算前后的動量，多次重復，在實驗誤差允許的范圍內相等，則動量守恒定律得到驗證．

解答 解：（1）使用打點計時器時，先接通電源后釋放紙帶，所以先接通打點計時器的電源，后放開滑塊1；
（2）放開滑塊1后，滑塊1做勻速運動，跟滑塊2發生碰撞后跟2一起做勻速運動，根據紙帶的數據得：
碰前的速度打出5個點的位移為20.0cm=0.20m；用時0.1s
碰后打7個點的位移為16.8cm=0.168m，用時0.14s；
碰撞前滑塊1的動量為：P₁=m₁v₁=0.310×$\frac{0.2}{0.1}$=0.620kg•m/s，滑塊2的動量為零，所以碰撞前的總動量為0.620kg•m/s
碰撞后滑塊1、2速度相等，所以碰撞后總動量為：
P₂=（m₁+m₂）v₂=（0.310+0.205）×$\frac{0.168}{0.14}$=0.618kg•m/s
（3）結果不完全相等是因為紙帶與打點計時器限位孔有摩擦力的作用．
故答案為：（1）接通打點計時器的電源；放開紙帶；（2）0.620；0.618；（3）紙帶與打點計時器限位孔有摩擦力的作用

點評 本題利用氣墊導軌驗證動量守恒定律的實驗，本實驗中要注意明確實驗原理，同時還要注意打點計時器的使用方法，知道氣墊導軌要水平才能滿足動量守恒．