Question

某同學(xué)利用氣墊導(dǎo)軌做“探究碰撞中的不變量”的實(shí)驗(yàn)；氣墊導(dǎo)軌裝置如圖所示，所用的氣墊導(dǎo)軌裝置由導(dǎo)軌、滑塊、彈射架、光電門(mén)等組成．

（l）下面是實(shí)驗(yàn)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接通光電計(jì)時(shí)器；
④把滑塊2靜止放在氣墊導(dǎo)軌的中間；
⑤滑塊1擠壓導(dǎo)軌左端彈射架上的橡皮繩；
⑥釋放滑塊1，滑塊1通過(guò)光電門(mén)1后與左側(cè)固定彈簧的滑塊2碰撞，碰后滑塊1和滑塊2依次通過(guò)光電門(mén)2，兩滑塊通過(guò)光電門(mén)后依次被制動(dòng)；
⑦讀出滑塊通過(guò)兩個(gè)光電門(mén)的擋光時(shí)間分別為滑塊1通過(guò)光電門(mén)1的擋光時(shí)間△t₁=10.01ms，通過(guò)光電門(mén)2的擋光時(shí)間△t₂=49.99ms，滑塊2通過(guò)光電門(mén)2的擋光時(shí)間△t₃=8.35ms；
⑧測(cè)出擋光片的寬度d=5mm，測(cè)得滑塊1（包括撞針）的質(zhì)量為m_l=300g，滑塊2（包括彈簧）質(zhì)量為m₂=200g；
（2）數(shù)據(jù)處理與實(shí)驗(yàn)結(jié)論：
①實(shí)驗(yàn)中氣墊導(dǎo)軌的作用是

 

②碰撞前滑塊l的速度v_l為

 

m/s；碰撞后滑塊1的速度v₂為

 

m/s；滑塊2的速度v₃為

 

 m/s；（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）
③在誤差允許的范圍內(nèi)，通過(guò)本實(shí)驗(yàn)，同學(xué)們可以探究出哪些物理量是不變的？通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析說(shuō)明理由．（至少回答2個(gè)不變量）．
a．

 

b．

 

．

Answer 1

分析：（1）使用氣墊導(dǎo)軌使兩物塊只能沿導(dǎo)軌做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，保證了兩物塊碰撞前后在同一條直線(xiàn)上做一維碰撞，同時(shí)氣墊導(dǎo)軌的使用減小了摩擦阻力，從而減小了實(shí)驗(yàn)誤差．
（2）滑塊的寬度除以滑塊通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間等于滑塊通過(guò)光電門(mén)的速度．
（3）由于發(fā)生彈性碰撞，故碰撞過(guò)程中動(dòng)量守恒，動(dòng)能守恒．

解答：解：①a、大大減小了因滑塊和導(dǎo)軌之間的摩擦而引起的誤差．
b、保證兩個(gè)滑塊的碰撞是一維的．  
②滑塊1碰撞之前的速度v₁=

d

△t1

=

5×10-3

10.01

=0.50m/s；
 滑塊1碰撞之后的速度v₂=

d

△t2

=

5×10-3

0.0499

=0.10m/s；  
滑塊2碰撞后的速度v₃=

d

△t3

=

5×10-3

8.35×10-3

=0.60m/s；
③a、系統(tǒng)碰撞前后總動(dòng)量不變．
原因：系統(tǒng)碰撞之前的動(dòng)量m₁V₁=0.15kgm/s   系統(tǒng)碰撞之后的動(dòng)量m₁V₂+m₂V₃=0.15kgm/s  
b．碰撞前后總動(dòng)能不變．
原因：碰撞前的總動(dòng)能E_k1=m₁V₁²/2=0.0375J   碰撞之后的總動(dòng)能E_k2=m₁V₂²/s+m₂V₃²/2=0.0375J，
所以碰撞前后總動(dòng)能相等．
c．碰撞前后質(zhì)量不變．
故本題答案為：①a、大大減小了因滑塊和導(dǎo)軌之間的摩擦而引起的誤差．b、保證兩個(gè)滑塊的碰撞是一維的． 
②0.50，0.10，0.60
③a、系統(tǒng)碰撞前后總動(dòng)量不變．b．碰撞前后總動(dòng)能不變．c．碰撞前后質(zhì)量不變．

點(diǎn)評(píng)：掌握了實(shí)驗(yàn)原理即可順利解決此類(lèi)題目．