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实验:探究碰撞中动量的变化规律
为了使问题简化,这里研究两个物体的碰撞,且碰撞前两物体沿同一直线运动,碰撞后仍沿这一直线运动.设两个物体的质量分别为m1、m2,碰撞前的速度分别为v1、v2,碰撞后的速度分别为v1′、v2′,如果速度与我们规定的正方向一致取正值,相反取负值,根据实验求出两物体碰撞前动量p=m1v1+m2v2和碰撞后动量p′=m1v1′+m2v2′,看一看p与p′有什么关系?
实验设计
1.实验设计要考虑的问题
(1)如何保证碰撞前后两物体的速度在同一条直线上.
(2)如何测定碰撞前、后两物体的速度.
2.实验案例:气垫导轨上的实验
实验器材有气垫导轨、气泵、光电计时器、天平等.
气垫导轨装置如图1所示,由导轨、滑块、挡光条、光电门等组成,在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔,向导轨空腔内不断通入压缩空气,压缩空气会从小孔中喷出,使滑块稳定地漂浮在导轨上(如图2所示,图中气垫层的厚度放大了很多倍),这样就大大减小了由摩擦产生的误差.
图1
图2
(1)质量的测量:用天平测量
(2)速度的测量:用光电计时器测量
设s为滑块上挡光条的宽度,t为光电计时器显示的滑块上挡光条经过光电门的时间,则v=st.
(3)不同碰撞情景的实现:利用弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥设计各种类型的碰撞,利用在滑块上加重物的方法改变碰撞物体的质量.
实验步骤
1.调节气垫导轨,使其水平.是否水平可按如下方法检查:打开气泵后,导轨上的滑块应该能保持静止.
2.按说明书连接好光电计时器与光电门.
3.如图3所示,把中间夹有弯形弹簧片的两个滑块置于光电门中间保持静止,烧断拴弹簧片的细线,测出两滑块的质量和速度,将实验结果记入设计好的表格中.
图3
4.如图4所示,在滑片上安装好弹性碰撞架.两滑块从左、右以适当的速度经过光电门后在两光电门中间发生碰撞,碰撞后分别沿与各自碰撞前相反的方向运动再次经过光电门,光电计时器分别测出两滑块碰撞前后的速度.测出它们的质量后,将实验结果记入相应表格中.
图4
5.如图5所示,在滑块上安装好撞针及橡皮泥,将装有橡皮泥的滑块停在两光电门之间,装有撞针的滑块从一侧经过光电门后两滑块碰撞一起运动经过另一光电门,测出两滑块的质量和速度,将实验结果记入相应表格中.
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