实验二气垫导轨实验动量守恒定律是最早发现的一条守恒定律，它渊源于十六、七世纪西欧的哲学思想，这方面的贡献，首推法国哲学家兼数学、物理学家笛卡儿（RenéDescartes，1596-1650）：关于这条定律的实验方面，马尔西（MaydMawus）最早发表了研究碰撞问题的成果：一个物体与另一大小相同处于静止状态的物体作弹性碰撞，就会失去自已的运动，把速度等量地交给另一个物体.伽利略也做过碰撞实验.到17世纪中叶，碰撞问题成了科学界共同关心的课题.惠更斯（Huygens,Christian,1629-1695）从惯性定律和相对性原理出发，不但得到了动量守恒定律，还提出了动量的矢量性.之后，牛顿（IssacNewton，1643-1727）完善了这一定律的表述气垫导轨是一种现代化的力学实验仪器.它利用小型气源将压缩空气送入导轨内腔.空气再由导轨表面上的小孔中喷出，在导轨表面与滑行器内表面之间形成很薄的气垫层.滑行器就浮在气垫层上，与轨面脱离接触，因而能在轨面上做近似无阻力的直线运动，极大地减小了以往在力学实验中由于摩擦力引起的误差.使实验结果接近理论值.结合打点计时器、光电门、闪光照相等，测定多种力学物理量和验证力学定律如.如利用气垫导轨验证动量守恒定律，研究弹簧振子的运动规律，研究物体的加速度等.【实验目的】1.验证牛顿第二定律，测量当地的重力加速度2.在弹性碰撞情况下验证动量守恒定律3.观察碰撞过程，了解弹性碰撞的特点【实验仪器】气垫导轨（如图3-2-1），智能数字测时器
实验二 气垫导轨实验 动量守恒定律是最早发现的一条守恒定律，它渊源于十六、七世纪西欧的哲学 思想，这方面的贡献，首推法国哲学家兼数学 、物理学家笛卡儿（ Ren é Descartes,1596-1650）.关于这条定律的实验方面，马尔西(Mayd Mawus)最早发表 了研究碰撞问题的成果：—个物体与另一大小相同处于静止状态的物体作弹性碰撞， 就会失去自己的运动，把速度等量地交给另一个物体.伽利略也做过碰撞实验.到 17 世纪中叶，碰撞问题成了科学界共同关心的课题.惠更斯 （Huygens,Christian,1629-1695）从惯性定律和相对性原理出发，不但得到了动量守 恒定律，还提出了动量的矢量性.之后，牛顿(Issac Newton,1643-1727)完善了这一 定律的表述. 气垫导轨是一种现代化的力学实验仪器.它利用小型气源将压缩空气送入导轨 内腔.空气再由导轨表面上的小孔中喷出，在导轨表面与滑行器内表面之间形成很薄 的气垫层.滑行器就浮在气垫层上，与轨面脱离接触，因而能在轨面上做近似无阻力 的直线运动，极大地减小了以往在力学实验中由于摩擦力引起的误差.使实验结果接 近理论值.结合打点计时器、光电门、闪光照相等，测定多种力学物理量和验证力学 定律如.如利用气垫导轨验证动量守恒定律，研究弹簧振子的运动规律,研究物体的 加速度等. 【实验目的】 1.验证牛顿第二定律，测量当地的重力加速度. 2.在弹性碰撞情况下验证动量守恒定律. 3.观察碰撞过程，了解弹性碰撞的特点. 【实验仪器】 气垫导轨(如图 3-2-1)，智能数字测时器
气垫导轨和智能数字测时器(a)报子弹簧挂端盖弹性架10em厘米档光片进气嘴滑行器100g配重块光电门架三民库导航左端益潜轻架满平螺针潜轮cm厘米挂光片弹性链撞器周平螺钉5cm厘米挡光片支牌热膜标尺3cm厘米挂光片振子弹簧交抗光康a祛码然非弹性碰撞器?R定高垫块磁码50g配重块R（b）气垫导轨整体结构图图3-2-1气垫导轨【实验原理】1.牛顿第二定律（1）由于在气轨上，运动物体的摩擦力接近于零，这为验证牛顿定理创造了良好的实验条件，Mm
（a） 气垫导轨和智能数字测时器 （b）气垫导轨整体结构图 图 3-2-1 气垫导轨 【实验原理】 1.牛顿第二定律 （1）由于在气轨上，运动物体的摩擦力接近于零，这为验证牛顿定理创造了良 好的实验条件
图3-2-2验证牛顿第二定律如图3-2-2，滑块的质量为M，码和码盘的总质量为m，将码盘用细线跨过滑轮与气轨上的滑块相连.分析系统的受力情况，则有F=(M+m)a(3-2-1)式中（M+m）为系统总质量，F=mg为系统所受合外力，a为系统运动的加速度.放在水平气轨上的滑块，如果受到水平方向的恒力作用，则滑块在气轨上做勾加速运动.分别测量滑块通过两个光电门时是的初速度和末速度，并测出两光电门的间距S，则滑块的加速度α为：a=k-r2S(3-2-2)（2）在水平气轨的一端，放入垫片，使导轨倾斜.滑块在斜面上所受的合外力为mgsinα是一个常量.因此，滑块做匀加速直线运动.即：a=gsinα=g"(3-2-3)式中L为导轨的脚架间的距离，h为垫片厚度.由（3-2-2）（3-2-3）可得：g=(-rL2Sh(3-2-4)2.动量守恒定律当一个系统不受外力，或受外力的失量和为零时，则系统的总动量保持不变.这就是动量守恒定律，在系统只有两个物体，且两物体沿一条直线发生碰撞的情况下，当系统所受合力在此直线方向上的分量的代数和为零时，则系统在该方向上的动量守恒.当滑块在气轨上做近似无摩擦运动时，即为这种情况，质量分别为m和m的两滑块，在水平气轨上相碰，设碰前速度分别为v。和v20碰后速度分别为和v，根据动量守恒有mAV10+mg20=m,,+mg/2(3-2-5)如果两物体做完全弹性碰撞，那么除了动量守恒以外，由于碰撞时，缓冲弹簧发生弹性形变后恢复原状，使系统机械能近似没有损失，而使碰撞前后的总动能也不变
图 3-2-2 验证牛顿第二定律 如图 3-2-2，滑块的质量为 M，砝码和砝码盘的总质量为m ，将砝码盘用细线 跨过滑轮与气轨上的滑块相连.分析系统的受力情况，则有 ( += )amMF (3-2-1) 式中( + mM )为系统总质量，F = mg 为系统所受合外力，a 为系统运动的加速度.放 在水平气轨上的滑块，如果受到水平方向的恒力作用，则滑块在气轨上做匀加速运 动. 分别测量滑块通过两个光电门时是的初速度 和末速度 ，并测出两光电门的 间距 S，则滑块的加速度a 为： 1 v 2 v 2 2 2 1 2 v v a S − = （3-2-2） （2）在水平气轨的一端，放入垫片，使导轨倾斜.滑块在斜面上所受的合外力 为mg sinα 是一个常量.因此，滑块做匀加速直线运动.即： sin h ag g L = = α （3-2-3） 式中 L 为导轨的脚架间的距离，h 为垫片厚度.由（3-2-2）（3-2-3）可得： 2 2 2 1 ( ) 2 v vL g Sh − = （3-2-4） 2. 动量守恒定律 当一个系统不受外力，或受外力的矢量和为零时，则系统的总动量保持不变.这 就是动量守恒定律.在系统只有两个物体，且两物体沿一条直线发生碰撞的情况下， 当系统所受合力在此直线方向上的分量的代数和为零时，则系统在该方向上的动量 守恒.当滑块在气轨上做近似无摩擦运动时，即为这种情况. 质量分别为 和 的两滑块，在水平气轨上相碰，设碰前速度分别为 和 ， 碰后速度分别为 和 ，根据动量守恒有 mA mB 10 v 20 v 1 v 2 v 10 20 1 2 A B A B vmvmvmvm v v v v + = + （3-2-5） 如果两物体做完全弹性碰撞，那么除了动量守恒以外，由于碰撞时，缓冲弹簧发生 弹性形变后恢复原状，使系统机械能近似没有损失，而使碰撞前后的总动能也不变
即mAymBV2mAV1o-mgV202"223(3-2-6)由式（3-2-5）（3-2-6）解出得(mA-mg)Vio+2mgV20V,=mA+mB(3-2-7)(mg-ma)V20+2mV10V2 =ma+mB(3-2-8)【实验内容】1.验证牛顿第二定律（1）调节导轨使其为水平状态（2）调整光电门A和B的距离取S=XB-XA/=50.00cm（3）选择智能数字测时器的4V功能，选择开口挡光片宽度为△L=2.00cm.如图3-2-3:图3-2-3挡光片（4）确定滑块的起始位置，并让滑块在力F的作用下运动，记录下滑块经过两光电门的即时速度v1、V2（5）保持滑块质量不变，逐次改变牵引码的质量，测出相应a，验证Fαa的关系2.测当地重力加速度g（1）在导轨的一端垫上六块垫片，厚度h～1.76cm，使导轨倾斜
即 2 2 2 1 2 20 2 10 2 1 2 1 2 1 2 1 A + B A += B vmvmvmvm （3-2-6） 由式（3-2-5）（3-2-6）解出得 BA BA B mm vmvmm v + − + = 10 20 1 2)( （3-2-7） BA AB A mm vmvmm v + − + = 20 10 2 2)( (3-2-8) 【实验内容】 1. 验证牛顿第二定律 （1）调节导轨使其为水平状态. （2）调整光电门A和B 的距离取 S=|XB-XA|=50.00cm （3）选择智能数字测时器的 4V 功能，选择开口挡光片宽度为△L=2.00cm.如图 3-2-3： 图 3-2-3 挡光片 （4）确定滑块的起始位置，并让滑块在力F的作用下运动，记录下滑块经过两 光电门的即时速度v1、v2. （5）保持滑块质量不变，逐次改变牵引砝码的质量，测出相应 a，验证 F∝a 的关系. 2. 测当地重力加速度 g （1）在导轨的一端垫上六块垫片，厚度 h≈1.76 cm，使导轨倾斜
（2）选择智能数字测时器的4V功能（3）确定滑块的起始位置，让滑块每次从同一位置滑下，记录滑块经过两光电门的即时速度v、ve。则滑块的加速度为α=一，重复多次求出平均值。2S（4）计算出当地的重力加速度的平均值g=a/sinα．（查本地的重力加速度g，实测值与理论值分析比较，计算百分误差E）。3.验证动量守恒定律（1）接通并打开气源，将气垫导轨恢复水平状态，打开智能数字测时器电源开关，调节测时器使其处于测量速度工作状态（即选择智能数字测时器的8cc功能）.(2）在质量相等的两个滑块上分别装好△L为2.00cm的开口挡光片，将滑块mAmB分别置于两光电门的两端，使其相对运动，在两光电门之间发生碰撞，记录两滑块经过光电门的速度v（B）、V2（B）、V（A）、V2（A）、，共做3次.将滑块换为质量不同的两个滑块，重复上述步骤【注意事项】1.在气源不供气的情况下，滑块不得在导轨面上推动，以防止划伤气轨和滑块的工作面，影响正常实验2.气轨的导轨面与滑块的工作面必须保持平整，清洁.使用时应小心轻放，防止碰伤，严禁压伤或撞击导轨，以免导轨变形3.气轨上的小孔要保持通畅，若小孔堵塞，可用直径0.6mm的钢丝疏通4.操作前认真阅读数学计时器说明书，熟悉仪器的各种功能【数据记录与处理】验证牛顿第二定律1．验证牛顿第二定律（1）验证在滑块质量M滑不变，外力Fαa数据
（2）选择智能数字测时器的 4V 功能. （3）确定滑块的起始位置，让滑块每次从同一位置滑下，记录滑块经过两光电 门的即时速度v1、v2. 则滑块的加速度为 2 2 2 1 2 v v a S − = ，重复多次求出平均值a . （4）计算出当地的重力加速度的平均值 = ag sin/ α .（查本地的重力加速度g， 实测值与理论值分析比较，计算百分误差Er）. 3. 验证动量守恒定律 (1）接通并打开气源，将气垫导轨恢复水平状态，打开智能数字测时器电源开 关，调节测时器使其处于测量速度工作状态（即选择智能数字测时器的 8cc 功能）. (2）在质量相等的两个滑块上分别装好ΔL 为 2.00cm的开口挡光片，将滑块 、 分别置于两光电门的两端，使其相对运动，在两光电门之间发生碰撞，记录两 滑块经过光电门的速度v mA mB 1（B）、v2（B）、v1（A）、v2（A）、，共做 3 次.将滑块换为质 量不同的两个滑块，重复上述步骤. 【注意事项】 1.在气源不供气的情况下，滑块不得在导轨面上推动，以防止划伤气轨和滑块 的工作面，影响正常实验. 2.气轨的导轨面与滑块的工作面必须保持平整，清洁.使用时应小心轻放，防止 碰伤，严禁压伤或撞击导轨，以免导轨变形. 3.气轨上的小孔要保持通畅，若小孔堵塞，可用直径 0.6mm 的钢丝疏通. 4.操作前认真阅读数字计时器说明书，熟悉仪器的各种功能. 【数据记录与处理】 验证牛顿第二定律 1. 验证牛顿第二定律 （1）验证在滑块质量M滑不变，外力F∝a数据