Question

14．某同學(xué)利用打點計時器和氣墊導(dǎo)軌做驗證動量守恒定律的實驗．氣墊導(dǎo)軌裝置如圖（a）所示，所用的氣墊導(dǎo)軌裝置由導(dǎo)軌、滑塊、彈射架等組成．在空腔導(dǎo)軌的兩個工作面上均勻分布著一定數(shù)量的小孔，向?qū)к壙涨粌?nèi)不斷通入壓縮空氣，空氣會從小孔中噴出，使滑塊穩(wěn)定地漂浮在導(dǎo)軌上，這樣就大大減小了因滑塊和導(dǎo)軌之間的摩擦而引起的誤差．

實驗的主要步驟：
①安裝好氣墊導(dǎo)軌，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌的調(diào)節(jié)旋鈕，使導(dǎo)軌水平；
②向氣墊導(dǎo)軌通入壓縮空氣；
③把打點計時器固定在緊靠氣墊導(dǎo)軌左端彈射架的外側(cè)，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(diào)節(jié)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(dǎo)軌左端彈射架上的橡皮繩；
⑤把滑塊2放在氣墊導(dǎo)軌的中間；
⑥先接通打點計時器的電源，然后放開滑塊，讓滑塊帶動紙帶一起運動；
⑦取下紙帶，重復(fù)步驟④⑤⑥，選出理想的紙帶如圖（b）所示；
⑧測得滑塊1的質(zhì)量310g，滑塊2（包括橡皮泥）的質(zhì)量為205g．
（1）完善實驗步驟⑥的內(nèi)容．
（2）已知打點計時器每隔0.02s打個點，計算可知兩滑塊相互作用以前系統(tǒng)的總動量為0.620kg•m/s；兩滑塊相互作用后系統(tǒng)的總動量為0.618kg•m/s．（保留三位有效數(shù)字）
（3）試說明（2）中兩結(jié)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 （1）使用打點計時器時，先接通電源后釋放紙帶；
（2）本實驗為了驗證動量守恒定律設(shè)置滑塊在氣墊導(dǎo)軌上碰撞，用打點計時器紙帶的數(shù)據(jù)測量碰前和碰后的速度，計算前后的動量，多次重復(fù)；
（3）實驗中存在阻力，但只要在實驗誤差允許的范圍內(nèi)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(fā)生碰撞后跟2一起做勻速運動，根據(jù)紙帶的數(shù)據(jù)得：
碰撞前滑塊1的動量為：${P}_{1}{{=m}_{1}v}_{1}=0.310×\frac{0.2}{0.1}$=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=${（m}_{1}{+m}_{2}{）v}_{2}=（0.310+0.205）×\frac{0.168}{0.14}$=0.618kg•m/s
（3）因為紙帶與打點計時器限位孔有摩擦力的作用，并時還有空氣阻力等因素存在；從而使兩結(jié)果并不完全相同，但在誤差允許的范圍內(nèi)，可以認為動量守恒．
故答案為：（1）先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用

點評 本題考查驗證動量守恒定律的實驗；實驗中要注意打點計時器的使用方法，知道氣墊導(dǎo)軌必須水平才能滿足動量守恒．