Question

8．某同學利用打點計時器和氣墊導軌做驗證動量守恒定律的實驗，氣墊導軌裝置如圖甲所示，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入壓縮空氣，空氣會從小孔中噴出，使滑塊穩定地漂浮在導軌上，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．
（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與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使滑塊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，已知碰后兩滑塊一起運動；
⑥先接通打點計時器的電源，然后放開滑塊1，讓滑塊帶動紙帶一起運動；
⑦取下紙帶，重復步驟④⑤⑥，選出理想的紙帶如圖乙所示；
⑧測得滑塊1（包括撞針）的質量310g，滑塊2（包括橡皮泥）的質量為205g．請完善實驗步驟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成績之和為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．

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）⑥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：（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）⑥接通打點計時器的電源；放開滑塊1；（2）0.620；0.618；（3）紙帶與打點計時器限位孔有摩擦力的作．

點評 本題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．這是一道基礎實驗題．