Question

4．如圖所示，氣墊導(dǎo)軌是常用的一種實(shí)驗(yàn)儀器．它是利用氣泵使帶孔的導(dǎo)軌與滑塊之間形成氣墊，使滑塊懸浮在導(dǎo)軌上，滑塊在導(dǎo)軌上的運(yùn)動可視為沒有摩擦．我們可以用帶豎直擋板C、D的氣墊導(dǎo)軌以及滑塊A、B來驗(yàn)證動量守恒定律，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示（彈簧的長度忽略不計），采用的實(shí)驗(yàn)步驟如下：
a．用天平分別測出滑塊A、B的質(zhì)量m_A、m_B；
b．調(diào)整氣墊導(dǎo)軌，使導(dǎo)軌處于水平；
c．在滑塊A和B間放入一個被壓縮的輕彈簧，用電動卡銷鎖定，靜止放置在氣墊導(dǎo)軌上；
d．用刻度尺測出滑塊A的左端至擋板C的距離L₁；
e．按下電鈕放開卡銷，同時使分別記錄滑塊A、B運(yùn)動時間的計時器開始工作，當(dāng)A、B滑塊分別碰撞C、D擋板時停止計時，記下滑塊A、B分別到達(dá)擋板C、D的運(yùn)動時間t₁和t₂；
（1）實(shí)驗(yàn)中還應(yīng)測量的物理量是滑塊B的右端至擋板D的距離L₂；
（2）利用上述測量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證動量守恒定律的表達(dá)式是m_A$\frac{{L}_{1}}{{t}_{1}}$-m_B$\frac{{L}_{2}}{{t}_{2}}$=0．；
（3）利用上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)還可測出被壓縮彈簧的彈性勢能的大小，其表達(dá)式為E_P=$\frac{1}{2}$mA$\frac{{L}_{1}^{2}}{{t}_{1}^{2}}$+$\frac{1}{2}$m_B$\frac{{L}_{2}^{2}}{{t}_{2}^{2}}$．

Answer 1

分析 （1）要驗(yàn)證動量守恒定律需要知道物體的質(zhì)量和速度，而速度可以用位移與時間的比值代替，故要測位移；
（2）利用v_A=$\frac{{L}_{1}}{{t}_{1}}$，V_B=$\frac{{L}_{2}}{{t}_{2}}$，即可將m_Av_A-m_BV_B=0，轉(zhuǎn)化為m_A$\frac{{L}_{1}}{{t}_{1}}$-m_B$\frac{{L}_{2}}{{t}_{2}}$=0．
（3）根據(jù)能量守恒，彈簧的彈性勢能轉(zhuǎn)化為兩滑塊勻速運(yùn)動時的動能即E_p=$\frac{1}{2}$mAVA2+$\frac{1}{2}$mB vB2，利用位移求出v_A和v_B．即可得出彈性勢能的表達(dá)式；

解答 解：（1）因系統(tǒng)水平方向動量守恒即m_Av_A-m_BV_B=0，由于系統(tǒng)不受摩擦，故滑塊在水平方向做勻速直線運(yùn)動故有v_A=$\frac{{L}_{1}}{{t}_{1}}$，V_B=$\frac{{L}_{2}}{{t}_{2}}$，則動量守恒定律可知：
m_Av_A-m_BV_B=0，
代入解得：m_A$\frac{{L}_{1}}{{t}_{1}}$-m_B$\frac{{L}_{2}}{{t}_{2}}$=0．
所以還要測量的物理量是：B的右端至D板的距離L₂．
（2）由（1）分析可知驗(yàn)證動量守恒定律的表達(dá)式是：m_A$\frac{{L}_{1}}{{t}_{1}}$-m_B$\frac{{L}_{2}}{{t}_{2}}$=0．
（3）根據(jù)能量守恒定律被壓縮彈簧的彈性勢能為：E_p=$\frac{1}{2}$mAVA2+$\frac{1}{2}$mB vB2，
將求出的速度代入上式得：_P=$\frac{1}{2}$m_A$\frac{{L}_{1}^{2}}{{t}_{1}^{2}}$+$\frac{1}{2}$m_B$\frac{{L}_{2}^{2}}{{t}_{2}^{2}}$
故答案為：（1）B的右端至D板的距離L₂；（2）m_A$\frac{{L}_{1}}{{t}_{1}}$-m_B$\frac{{L}_{2}}{{t}_{2}}$=0；（3）能測出被壓縮彈簧的彈性勢能，=$\frac{1}{2}$m_A$\frac{{L}_{1}^{2}}{{t}_{1}^{2}}$+$\frac{1}{2}$m_B$\frac{{L}_{2}^{2}}{{t}_{2}^{2}}$

點(diǎn)評 本題考查動量守恒定律的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)；要注意利用位移或位移與時間的比值表示物體的速度是物理實(shí)驗(yàn)中常用的一種方法，要注意掌握．