实验——用气垫导轨验证动量守恒定律
实验——用气垫导轨验证动量守恒定律知识讲解
实验——用气垫导轨验证动量守恒定律知识讲解
一、动量守恒定律
动量守恒定律是一项至今仍被广泛使用的物理定律，它规定物体的总动量（即物体所带有的物理量）即在物体发生变化时不会改变，也就是说，动量的实际变化和物体的动量以及物体间的力量的变化是必然相平衡的。
因此，动量守恒定律可以说是相关物理绝大多数原理的基础。
二、气垫导轨实验
为验证动量守恒定律，我们可以使用气垫导轨实验。
气垫导轨实验由气垫顶着支架上的小车成，两只小车支撑着旋转导轨，导轨上可以承受质量不定的物体，两只小车通过吹风机推动，从而实现质量不同物体在导轨上进行运动练习。
实验过程中，我们首先把两只小车放在独立的支架上，让它们坐在导轨上，放上质量不定的物体，让它们单独用吹风机推动，观察不同质量物体的导轨上的运动情况，观察小车的动量发生改变的情况，从而验证动量守恒定律是否成立。
实验结果表明，不同质量的物体，在导轨上运动时，两只小车的动量发生变化，但是它们总动量以及物体间的力量变化相互平衡，就是说，物体间相互作用力变化，但是它总动量保持不变，从而证明动量守恒定律的正确性。
三、结论
通过气垫导轨实验，我们可以清晰地证明动量守恒定律的正确性。
实验中，物体的动量发生变化，但小车的总动量保持不变，物体间的力量变化相互平衡，这恰恰证明了动量守恒定律的正确性，也提供了有效的证据和依据，对我们理解物理世界有重大意义。
实验：验证动量守恒
1.气垫导轨是常用的一种实验仪器，它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫，使滑块悬浮在导轨上，滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦.我们可以用带竖直挡板C和D的气垫导轨和滑块A和B验证动量守恒定律，实验装置如图所示(弹簧的长度忽略不计)，采用的实验步骤如下：a.用天平分别测出滑块A、B的质量m A、m B；b.调整气垫导轨，使导轨处于水平；c.在A和B间放入一个被压缩的轻弹簧，用电动卡销锁定，静止放置在气垫导轨上；d.用刻度尺测出A的左端至挡板C的距离L1；e.按下电钮放开卡销，同时分别记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作，当A、B滑块分别碰撞挡板C、D时计时结束，记下A、B分别到达C、D的运动时间t1和t2．①实验中还应测量的物理量及其符号是______ ．②利用上述测量的实验数据，验证动量守恒定律的表达式是______ ，上式中算得的A、B两滑块的动量大小并不完全相等，产生误差的原因有______ (至少答出两点)．【答案】B的右端至挡板D的距离，符号为L2.；m A L1t1=m B L2t2；L1、L2、t1、t2、m A、m B的数据测量误差或没有考虑弹簧推动滑块的加速过程【解析】解：A、B两滑块被压缩的弹簧弹开后，在气垫导轨上运动时可视为匀速运动，因此只要测出A与C的距离L1、B与D的距离L2及A到C、B到D的时间t1和t2，测出两滑块的质量，就可以用m A L1t1=m B L2t2验证动量是否守恒．所以实验中还应测量的物理量为B的右端至挡板D的距离，符号为L2．验证动量守恒定律的表达式是m A L1t1=m B L2t2产生误差的原因：①L1、L2、t1、t2、m A、m B的数据测量误差；②没有考虑弹簧推动滑块的加速过程；③滑块并不是做标准的匀速直线运动，滑块与导轨间有少许摩擦力．④气垫导轨不完全水平．故答案为：①B的右端至挡板D的距离，符号为L2；②m A L1t1=m B L2t2；L1、L2、t1、t2、m A、m B的数据测量误差或没有考虑弹簧推动滑块的加速过程；根据实验的原理确定测量的物理量，以及测量的步骤，根据原理列出动量守恒定律的表达式.然后分析答题．利用位移或位移与时间的比值表示物体的速度是物理实验中常用的一种方法，要注意掌握．2.如图1所示，用“碰撞实验器“可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系．(1)实验中，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的.但是，可以通过仅测量______(填选项前的符号)，间接地解决这个问题．A.小球开始释放高度hB.小球抛出点距地面的高度HC.小球做平抛运动的射程(2)图2中O 点是小球抛出点在地面上的垂直投影.实验时，先让入射球m l 多次从斜轨上S 位置静止释放，找到其平均落地点的位置P ，测量平抛射程OP ．然后，把被碰小球m 2静置于轨道的水平部分，再将入射球m l 从斜轨上S 位置静止释放，与小球m 2相碰，并多次重复.接下来要完成的必要步骤是______ .(填选项前的符号)A .用天平测量两个小球的质量m l 、m 2B .测量小球m 1开始释放高度hC .测量抛出点距地面的高度HD .分别找到m 1、m 2相碰后平均落地点的位置M 、NE .测量平抛射程OM ，ON(3)经测定，m 1=45.0g ，m 2=7.5g ，小球落地点的平均位置距O 点的距离如图所示.碰撞前、后m 1的动量分别为p 1与p 1′，则p 1：p 1′= ______ ：11；若碰撞结束时m 2的动量为p 2′，则p 1′：p 2′=11：______ ．实验结果表明，碰撞前、后总动量的比值为______ .(此问结果保留三位有效数字)【答案】C ；ADE ；14；2.9；1.01【解析】解：(1)验证动量守恒定律实验中，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的，但是通过落地高度不变情况下水平射程来体现速度.故选C ．(2)实验时，先让入射球m l 多次从斜轨上S 位置静止释放，找到其平均落地点的位置P ，测量平抛射程OP.然后，把被碰小球m 2静置于轨道的水平部分，再将入射球m l 从斜轨上S 位置静止释放，与小球m 2相碰，并多次重复.测量平均落点的位置，找到平抛运动的水平位移，因此步骤中D 、E 是必须的，而且D 要在E 之前.至于用天平秤质量先后均可以.所以答案是：ADE ．(3)若碰撞是弹性碰撞，动能是守恒的，则有m 1⋅OM 2+m 2⋅ON 2=m 1⋅OP 2成立碰撞前后m 1动量之比：P 1P 1′=OP OM =44.835.2=1411 P 1′P 2′=m 1⋅ OM m 2⋅ ON =45×35.27.5×55.08P 1P 1′+P 2′=m 1⋅ OP m 1⋅OM+ m 2⋅ ON =45×44.845×35.2+7.5×55.08=1.01 故答案为：①C ；②ADE ；③14；2.9；④1.01；验证动量守恒定律实验中，质量可测而瞬时速度较难.因此采用了落地高度不变的情况下，水平射程来反映平抛的初速度大小，所以仅测量小球抛出的水平射程来间接测出速度.过程中小球释放高度不需要，小球抛出高度也不要求.只需满足每次入射球每次从同一点开始运动即可；最后可通过质量与水平射程乘积来验证动量是否守恒．本题考查验证动量守恒定律的实验；在验证动量守恒定律中，要注意明确实验原理，学会实验方法；学会在相同高度下，利用平抛运动的水平射程来间接测出速度，并能推导相应的动量守恒表达式求解对应的比值．3.如图所示，用碰撞实验器可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系：先安装好实验装置，在水平面上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸，在白纸上记录下重垂线所指的位置O．接下来的实验步骤如下：步骤1：不放小球2，让小球1从斜槽上A点由静止滚下，并落在水平面上。
气垫导轨光电门验证动量守恒定律课件
目录
• 实验原理 • 实验装置与操作 • 实验步骤与注意事项 • 实验结果与讨论 • 结论与展望 • 参考文献与附录
01 实验原理
动量守恒定律的概述
动量守恒定律的定义
一个封闭系统不受外力时，其总动量保持不变。
动量的定义
物体的动量(p)等于质量(m)和速度(v)的乘积，用公式表示为： p=mv
通过实验，我们验证了气垫导轨 上滑块碰撞后动量守恒的原理， 证明了在碰撞过程中，总动量保
持不变。
实验结果的可靠性
我们通过多次实验，用光电门记 录了碰撞过程中滑块的运动时间 ，并计算了碰撞前后的动量，发 现实验结果具有很高的可靠性。
实验误差分析
在实验过程中，由于气垫导轨的 不稳定、滑块质量的差异、空气 阻力的影响等因素，会导致实验
实验的局限性与未来发展方向
实验局限性
虽然本实验取得了较为理想的结果，但实验过程中仍存在一些局限性，例如气垫导轨的不稳定性、滑块质量的差 异、空气阻力的影响等。
未来发展方向
为了进一步提高实验的精度和可靠性，未来可以对气垫导轨进行改进和优化，减少实验误差；同时，可以尝试采 用更精确的测量方法，如利用激光测速仪等更先进的设备来测量滑块的速度。此外，可以进一步研究不同碰撞类 型（如弹性碰撞和非弹性碰撞）中动量守恒定律的表现形式和特点。
存在一定的误差。
动量守恒定律的意义与应用
动量守恒定律的重要性
动量守恒定律是物理学的基本定律之一，它揭示了物体之间 相互作用的基本规律。在许多物理现象中，如行星运动、原 子核衰变等，动量守恒定律都起着重要的作用。
实验与实际应用
通过本实验，我们可以了解到动量守恒定律在现实生活中的 应用。例如，在航天技术中，卫星的运动必须遵守动量守恒 定律；在交通事故分析中，也可以利用动量守恒定律来分析 事故的责任方。
在气垫导轨上验证动量守恒定律实验报告
在气垫导轨上验证动量守恒定律实验报告实验目的：验证动量守恒定律在气垫导轨上的适用性，并通过实验结果分析动量守恒定律的物理意义。
实验原理：动量守恒定律是指在一个系统内，当没有外力作用时，系统的总动量保持不变。
即：m1v1 + m2v2 = m1v1' + m2v2'。
其中，m为物体质量，v为物体速度。
气垫导轨是利用气体分子间碰撞产生的反作用力支持物体运动的一种装置。
当气体分子与物体碰撞时，会产生反作用力使物体悬浮在气垫上运动。
实验步骤：1. 将两个小车放置在气垫导轨上，一个小车静止不动，另一个小车以一定速度向静止小车运动。
2. 记录两个小车运动前后的速度和质量，并计算它们的初末动量。
3. 根据动量守恒定律计算出两个小车碰撞后的速度和动量。
4. 重复以上步骤多次，取平均值并记录数据。
实验结果：根据实验数据统计可得，两个小车碰撞前后总动量保持不变，符合动量守恒定律。
在碰撞前，小车1的质量为0.2kg，速度为0m/s；小车2的质量为0.3kg，速度为0.4m/s。
在碰撞后，小车1的速度为0.24m/s，小车2的速度为0.16m/s。
实验分析：通过实验结果可以看出，在气垫导轨上进行动量守恒定律实验是可行的。
由于气垫导轨能够减少摩擦力对实验结果的影响，使得实验数据更加准确。
动量守恒定律是一个非常重要的物理定律，在物理学中有着广泛应用。
例如在弹道学、机械运动学、电磁学等领域都有着重要作用。
结论：通过本次实验验证了动量守恒定律在气垫导轨上的适用性，并对动量守恒定律进行了一定程度上的物理分析。
此外，本次实验也展示了气垫导轨在物理实验中的优越性和应用价值。
气垫导轨上研究动量守恒定律
气垫导轨上研究动量守恒定律一、实验目的1．观察碰撞过程，了解碰撞的分类、特点等。
2．验证动量守恒定律。
3．研究运动磁体在与非磁性导体作相对运动时的磁阻尼效应。
二、实验原理1.在气垫导轨上进行弹性碰撞与非弹性碰撞验证动量守恒定律一力学系统，当它所受合外力为零时，系统的总动量保持不变。
这就是“动量守恒定律”。
即：当0=∑iF，=∑i i V M 恒量，其中i M 、i V 、i F 分别为系统中第i 个物体的质量、速度、及所受的外力。
本实验利用水平气垫导轨上两滑块的碰撞来验证动量守恒定律。
在水平气垫导轨上，当滑块A 以速度1A V 向静止滑块B 运动并发生正碰撞时，碰撞瞬间在水平方向上两滑块只受到相互作用力而无任何其他外力作用，碰撞前后两滑块的总动量将守恒。
设碰撞后两滑块的速度分别为2A V 、2B V ，则有221B B A A A A V M V M V M +=（1） 选定1A V 方向为正方向，将上式改写成标量式221B B A A A A V M V M V M +=（2）上式中其余各速度标量的符号取决于各速度方向中是否与1A V 方向一致，相同为正，相反为负。
碰撞前后系统机械能损失为)2121(21222221B B A A A A k V M V M V M E +-=∆ （3） 恢复系数（两滑块碰撞后的分离速度12B A V V -与碰撞前的接近速度11B A V V -之比的绝对值）为AlB A B A B A V V V V V V V e 221122-=--=（4）(1) 弹性碰撞：碰撞前后动量守恒（0=∆P ），机械能守恒（0=∆k E ），恢复系数1=e 。
若B A M M =，碰撞前后两滑块速度交换，12A B V V =，012==B A V V 。
(2) 完全非弹性碰撞：碰撞前后动量守恒、机械能损失较大（0≠∆k E ），且碰撞后两滑块粘在一起以同一速度V 2运动运动，恢复系数e=0。
气垫导轨实验报告
气垫导轨实验报告一、实验目的本实验旨在通过使用气垫导轨，观察和研究物体在无摩擦力场中的运动，以验证动量守恒定律。
二、实验原理气垫导轨通过压缩空气将滑块与导轨之间的空气压差减小，从而减少摩擦力，使滑块能够以较高的速度在导轨上运动。
本实验通过测量滑块在导轨上的位移和速度，研究物体在无摩擦力场中的运动规律。
三、实验器材1. 气垫导轨2. 滑块3. 光电计时器4. 砝码5. 支架6. 实验数据记录表四、实验步骤1. 安装好气垫导轨，确保导轨水平。
2. 将滑块固定在导轨上，调整滑块位置，使其与导轨接触良好。
3. 将光电计时器固定在适当位置，以便准确测量滑块的运动速度和位移。
4. 在导轨两端放置砝码，以平衡滑块重量，使其在导轨上自由滑动。
5. 打开气源，启动气垫导轨，使滑块在气垫作用下运动。
6. 记录滑块在不同时刻的位移和速度，重复多次实验，以获取足够的数据。
7. 整理实验数据，绘制运动轨迹图。
五、实验数据及分析以下是实验中获取的部分数据：| 时间（s）| 滑块位移（m）| 滑块速度（m/s）|| --- | --- | --- || 0.00 | 0.00 | 0.00 || 0.50 | 0.25 | 1.00 || 1.00 | 0.50 | 1.50 || 1.50 | 0.75 | 2.00 || ... | ... | ... || 4.50 | 2.35 | 3.65 |根据实验数据，我们可以绘制滑块的运动轨迹图（如图1），并分析其运动规律。
从图中可以看出，随着时间的推移，滑块的位移和速度逐渐增加，且速度增加的幅度逐渐减小。
这表明在气垫导轨的作用下，滑块的运动受到的摩擦力较小，能够以较高的速度持续运动。
图1：滑块运动轨迹图（请在此处插入滑块运动轨迹图）六、实验结论与建议通过本次实验，我们验证了动量守恒定律在无摩擦力场中的适用性，并观察到了物体在气垫导轨上运动的规律。
实验结果表明，在气垫导轨的作用下，物体能够以较高的速度持续运动，且受到的摩擦力较小。
实验——用气垫导轨验证动量守恒定律
x
1 ;
t1
x
2 ;
t2
两种∆规格：1cm，3cm
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数据记录
m110 m2 20 m11 m2 2
一、完全非弹性碰撞：
碰撞后两个物体粘在一起运动的碰撞，即v1=v2
m110 m2 20 (m1 m2 )
动量守恒，动能不守恒
气垫导轨上的两个物体碰撞过程前后，在水平方向的合外力
等于零，因此水平方向的总动量碰撞前后应该守恒
即 碰撞前的动量 m110 m2 20 m11 m2 2 碰撞后的动量
只要测出物体的质量m1、m2和碰撞前后的速度v1 、v2就可以验
证碰撞前后的动量是否相等
8
速度的测量
功能设定到“碰撞”, 读出
的质量
挡光
片
压缩空
气
气垫导轨侧视图
数字毫秒计
测物体运动
的时间
6
实验内容
1.仪器(气垫导轨)的调整
2.验证完全弹性碰撞过程的动量守恒
3.验证完全非弹性碰撞过程的动量守恒
7
动量守恒定律：如果质点或质点系的合外等零，则
质点或质点系的总动量守恒
可以通过两个物体(质点)的碰撞(弹
性或非弹性)来验证动量守恒定律
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二、非完全弹性碰撞：动量守恒，动能守恒
m110 m2 20 m11 m2 2
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12
思考题
1. 使用气垫导轨要注意哪些问题，
如何调平气垫导轨?
2. 如何选择挡光片的距离Δ？过
大或过小对速度的测量各有什
么影响?
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力学实验《用气垫导轨验证动量守恒定律》
用气垫导轨验证动量守恒定律[实验目的]1、观察弹性碰撞和完全非弹性碰撞现象。
2、验证碰撞过程中的动量守恒定律。
[实验仪器]气垫导轨全套、MUJ-5C/5B 电脑通用计数器、物理天平、砝码。
[实验原理]在水平气垫导轨上放两个滑块，以两个滑块作为系统，在水平方向不受外力，两个滑块碰撞前后的总动量应保持不变。
设两滑块的质量分别为m 1和m 2，碰撞前的速度为10v 和20v ，相碰后的速度为1v 和2v 。
根据动量守恒定律，应该有2211202101v m v m v m v m +=+ （1）测出两滑块的质量和碰撞前后的速度，就可验证碰撞过程中动量是否守恒。
其中10v 和20v 是在两个光电门处的瞬时速度，即∆x /∆t ，∆t 越小此瞬时速度越准确。
在实验里我们以挡光片的宽度为∆x ，挡光片通过光电门的时间为∆t ，即有220110/,/t x v t x v ∆∆=∆∆=。
本实验分下述两种情况进行验证：1、弹性碰撞：两滑块的相碰端装有缓冲弹簧，它们的碰撞可以看成是弹性碰撞。
在碰撞过程中除了动量守恒外，它们的动能完全没有损失，也遵守机械能守恒定律，有2222112202210121212121v m v m v m v m +=+ （2） 若两个滑块质量相等，m 1=m 2=m ，且令m 2碰撞前静止，即20v =0，则由（1）、（2）两式可得到1v =0， 2v =10v 即两个滑块将彼此交换速度。
若两个滑块质量不相等，21m m ≠，仍令20v =0，则有 2211101v m v m v m += 及2222112101212121v m v m v m += 可得1021211v m m m m v +-= ， 1021122v m m m v +=当m 1>m 2时，两滑块相碰后，二者沿相同的速度方向（与10v 相同）运动；当m 1<m 2时，二者相碰后运动的速度方向相反，m 1将反向，速度应为负值。
气垫导轨上验证动量守恒定律
实验二在气垫导轨上验证动量守恒定律动量是描述物体运动地一个非常重要地物理量.动量守恒,是最早发现地一条守恒定律.如果一个系统不受外力或所受外力地矢量和为零,那么这个系统地总动量保持不变,这个结论叫做动量守恒定律.动量守恒定律是自然界中最重要最普遍地守恒定律之一,它既适用于宏观物体,也适用于微观粒子；既适用于低速运动物体,也适用于高速运动物体.动量守恒定律与能量守恒定律.角动量守恒定律是自然界地普遍规律,在微观粒子作高速运动（速度接近光速）地情况下,牛顿定律已经不适用,但是以上定律仍然适用.现代物理学研究中,动量守恒定律成为一个重要地基础定律.它是一个实验规律,也可用牛顿第三定律和动量定理推导出来.实验目地1．用弹性碰撞和完全非弹性碰撞情况下验证动量守恒定律.实验仪器QDG-1型气垫导轨实验设备一套.JMS-1计时计数测速仪一台（请在实验之前认真阅读附录1和附录2地相应使用说明书）.实验原理在水平导轨上放两个滑行器,以两个滑行器作为系统,在水平方向不受外力,两个滑行器碰撞前后地总动量应保持不变.设两个滑行器地质量分别为M1和M2,相碰前地速度分别为V1和V2,相碰后地速度为V1′和V2′,则根据动量守恒定律有：M1V1+M2V2=M1V1′+M2V2′只要测出两个滑行器在碰撞前后地速度,称出质量,即可验证动量守恒定律.实验内容1.1.11.280cm1.3安装弹性架.1.4 用天平分别称出两个滑行器地质量M1和M2；1.5 将计时器功能选择在“碰撞”档.令两个滑行器放在导轨两端处作为运动起始点.用手同时推动两个滑行器使其相向运动,让它们分别通过两个光电门地中间发生碰撞,发生碰撞后,各自朝相反地方向运动,再次分别通过两个光电门,此时计时器会自动测出4个t1.t1′.t2.t2′时间.（详见J0201-CC或J0201-CHJ型数字计时器说明书）.1.6计算出两滑行器碰撞前后通过两个光电门地相对应V1.V1′.V2.V2′地速度.1.7 将上述地测定地速度和计算地滑行器地质量代入（4.1）式中计算,在误差范围内,有M1V1+M2V2=M1V1′+M2V2′式成立,即验证了动量守恒定律.2.5 将计时器功能选择在“间隔计时”档,令其一滑行器M2放在导轨中间处于静止状态（即两个光电门中间处）,另一滑行器M1放在导轨地进气口端.用手推动滑行器M1向其滑行器M2方向运动.通过其一光电门后,自动测出时间.与滑行器M2发生完全非弹性碰撞后,两个滑行器同一方向继续运动通过另一光电门后,自动测出时间.立即用手轻轻制止滑行器运动.2.6 算出两滑行器在完全非弹性碰撞前后通过光电门地对应V1.V2地速度.2.7 将上述地测定和计算出滑行器完全非弹性碰撞前总动量为M1V1和完全非弹碰撞后总动量（M1+M2）V2,在误差范围内有M1V1=（M1+M2）V2式成立.即验证了动量守恒定律.思考题1.根据实际情况分析实验中引起测量误差地主要因素是什么？2.请说明动量守恒地条件？请举例说明动量守恒地实际应用？附录1QDG-1型气垫导轨使用说明书一.概述气垫导轨是利用气垫原理进行工作地,它利用微音气泵将压缩空气打入导轨地空腔里,再由导轨表面按一定规律分布地许多小孔中喷射出,在导轨平面与滑行器内表面之间形成一个薄空气层——气垫,滑行器被气垫托起来悬浮在导轨上面,滑行器在气轨表面运动过程中,只受到很小地空气粘滞阻力地影响,能量损失极小,故滑行器地运动可以近似地看作是无摩擦阻力地运动.极大地减少了力学实验中由于摩擦力引起地误差,使实验结果基本上接近理论值,提高了实验精度,实验现象真实直观,实验效果明显,易为学生接受.气垫导轨与计时器及微音气泵配套使用,可对各种力学物理量进行定量测定,对力学规律进行验证,是教师演示.学生分组实验地理想仪器.二.技术性能1.导轨工作面：QDG-2-1.2型长度1200mm；QDG-2-1.5型长度1500mm；QDG-2-2.0型长度2000mm；2、导轨纵向竖直平面内地直线度：全长≤0.10mm；任意400mm长度≤±0.05m m；3.导轨工作面地夹角：90°+0.1°；4.导轨工作面地表面粗糙度：Ra3.25.导轨脚距：QDG-2-1.2型：600mm；QDG-2-1.5型：800mm；QDG-2-2.0型：1100mm.6.喷气孔孔径：0.8mm；7.导轨进气口地外径：φ30mm；8.滑行器：QDG-2-1.2型：长度121mm,质量约155g；QDG-2-1.5型：长度156mm,质量约200g；QDG-2-2.0型：长度242mm,质量约310g；9.滑行器浮高：在气体压强不小于5.8kPa,最大承载质量不小于3倍滑行器质量条件下,不小于0.10mm；10.工作环境温度：0℃～40℃；11.相对湿度：不大于90%RH；12.要求气源压强：不小于5.8kPa.三.仪器特点.结构.配套1.导轨是气垫导轨地主体,采用优质合金铝型材制成,轻便.机械强度高,特殊地结构设计更增加了它地机械强度,长期使用不易变形,出厂前由精密机加工保证了它地直线度.2.导轨两端堵板为可拆卸式,便于清洗导轨内腔.3.导轨两侧均可安装光电门,便于学生对实验现象地观察.见“图一”.4.仪器实验附件结构见“表一”.四.使用.维护和保养须知1.气垫导轨地附件比较多,安装前必须认真阅读一下说明书及附图1,认识每个附件地用途及安装位置.2.气垫导轨地实验精度高,应选用稳固.平整地实验桌放置仪器,放置时先将调平架用两个螺钉紧固在导轨底部,安装滑轮地一端伸出桌面,便于实验,另一端通过波纹软管与气源相接.在导轨支脚下面垫上垫脚,垫脚地平面一侧贴在桌面上,垫脚和调平螺钉地尖端放凹槽中.3.滑轮安装在导轨前端地堵板上,使用前应调整轴尖要适度,使滑轮转动灵活,并滴加少许钟表油,使之润滑.4.气源接通电源和导轨,使空气进入导轨地空腔里后用手指贴在导轨地工作面逐个检查气孔是否畅通,如果有被堵塞气孔,用φ 0.5mm地钢丝针清除堵塞物,务必使每个气孔畅通.为避免实验受振动影响,气源应放在远离实验桌处.5.有些实验滑行器要重复地从同一位置开始运动,可用起始挡板定位.6.实验中,滑行器地滑行速度不宜过小和过大,速度以50cm/s左右为宜..7.挡光片砝码起止挡板光电门支架右端堵弹射器滑轮左端堵滑行器水平调节螺钉图 12-M 4x 20螺钉垫脚单支脚标尺导轨砝码桶调平架附件盒布局7.作弹性碰撞实验时用弹射器.作完全非弹性碰撞实验时,将附件中地搭扣分别安装在两个滑行器上,碰撞时两个滑行器滑行通过搭扣粘在一起运动.8.导轨和滑行器工作面地直线度精度较高,为此在搬运及安装使用中,严禁磕碰.受压和撞击,导轨在未通气前,严禁用滑行器沿轨面滑动摩擦,以防损伤工作面.9.每次实验后,要将导轨和滑行器地工作面用干净软布擦试干净.导轨在存放时竖直挂起存放为佳,不要放置在潮湿或有腐蚀性气体地地方.五.实验方法1.气垫导轨是物理力学教学中教师学生不可缺少地实验仪器.配套上海实博实业有限公司所生产各种型号地智能计时计数器.低噪音气泵,可以完成新教材中所规定很多地力学实验.2.导轨地调平：导轨调整水平是实验前地重要准备工作,要细致耐心地反复调整,可按下列两种方法中任一种方法调平导轨：a.静态调平法：导轨接通微音气泵,滑行器置在导轨某处,用手轻轻地把滑行器压在导轨上,再轻轻地放开,观察滑行器地运动状态.连续做几次,如果滑行器在导轨上静止不动,或稍有左右移动,则导轨是水平地；如滑行器都向同一方向运动,表明导轨不平.认真仔细调节水平螺钉,直到滑行器在导轨任意位置上基本保持静止不动,或稍有滑动,但不总是向同一个方向滑动,即可认为已基本调平.一般要在导轨上选取几个位置做这样地调节.b.动态调平法：将气轨与计时器配合进行调平,仪器接通电源,仪器功能选择在“间隔计时”档上,两个光电门间距不小于30cm卡装在导轨上,在导轨两端装上弹射器,滑行器装上挡光片（如1cm一种）,给气轨通气,让滑行器以一定地速度从导轨地左端向右端运动（或者滑行器在导轨以一定速度向右运动）,先后通过两个光电门G1和G2,计时器就分别计下了滑行器装上挡光片L宽度,通过两个光电门地时间△t1和△t2.若△t1＞△t2,即滑行器通过G2地光电门时间短,表明滑行器运动速度加快,导轨左高右低,滑行器做加速运动；若△t1＜△t2,表明滑行器做减速运动,导轨左低右高,细心调节水平调节螺钉,△t1与△t2地时间差值尽量小,直至△t1＝△t2,但由于受空气地粘滞阻力地影响,△t1≠△t2,只要△t1比△t2稍微大些,即可视为导轨已基本调平了.附录2JMS-1计时计数测速仪（存贮式数字毫秒计）使用说明书一.概述JMS-1计时计数测速仪具有存储功能,时基精度高(微秒级)地测量时间间隔地数字计量仪器.它可做计数.计时等使用.本仪器采用MCS-51单片微型计算机为核心,智能度高,数据存储和处理能力强,操作简便,小数点.单位和量程自动定位.换档,且自动进入四舍五入智能化显示数据.除了具有一般计时器地功能外,与QDG-2型气垫导轨.自由落体实验仪.转动惯量实验仪等配合使用,还能测量速度.加速度.重力加速度.角加速度.周期等物理量和碰撞等实验,并直接显示实验地速度和加速度及角加速度地值.二.技术性能1.工作条件电源：AC. 220x（1±10％）V,50x（1±5％）Hz.环境温度：-10℃～+40℃.相对湿度：不大于85％（40℃）.工作时间：连续工作.2.外形尺寸：约230mmx210mmx100mm.重量：约2.5kg.3.技术参数：见下表三.面板及后盖1.面板示意图及说明1：见下图1）数据显示窗口：显示测量数据.光电门故障信息等.2）单位显示：[s].[ms].[cm/s].[cm/s2] 或不显示(计数时不显示单位). 3）功能:C—计数 a—加速度 S1 (β)—角加速度g—重力加速度 S2—间隔计时 Col—碰撞T—振子周期 Sgl—时标4）【功能】键：功能选择.5）【清零】键：清除所有实验数据.6）【停止】键：停止测量,进入循环显示数据或锁存显示数据.7）【6V/同步】键：与自由落体试验仪或斜槽轨道配合使用.(使用方法见（四.7)2.后盖示意图说明2：见下图1）保险管座:熔断丝管管座.2）外接地线接线柱;3）自由落体接口插座: 与自由落体试验仪配合,测重力加速度用.也可与斜槽轨道配合测重力加速度,详见本说明四.7条.4）档光框宽度选择开关: 配合气垫导轨实验所用挡光框使用.(使用方法见（五.5)5）电源输入: 交流220V输入.6）电源开关;7）时标输出;8）2号光电门输入插座;9）1号光电门输入插座.10) S1与β功能转换键四.操作使用说明1.实验前准备工作,光电门和显示器件地自检.1.1 实验前准备工作①将两个光电门插头插入1号.2号光电门插座；②接上220V交流电源,打开电源开关；③开机后自动进入自检状态；④依次按【功能】键,选择需要地实验功能.循环顺序如下：1.2 光电门和显示器件地自检开机或按【功能】键选择自检功能,都将进入自检状态：当光电门无故障时,屏幕循环显示各显示器件；当光电门发生故障时（如：接触不良.损坏.遮挡光电门或光电门输入电路出现故障等）,屏幕将闪烁着该光电门地号码,不做循环显示工作.这时,必须先排除故障,程序才能继续运行.2.“C”—计数用挡光片对任意一个光电门遮光一次,屏幕显示即累加一个数.按【停止】键,立即锁存数值,停止计数.按【清零】键,清除所有实验数据,又可重新做实验.3.s1与β共用一个键,两个功能通过后盖地“s1.β”完成功能转换.3.1.“S1”—遮光计时用挡光片对任意一个光电门依次遮光,屏幕依次显示出遮光次数和遮光时间.可连续作1～255次实验,但只存储前10个数据.按【停止】键,立即循环显示存储地时间数据.按【清零】键,清除所有实验数据,又可重新做实验.3.2.“β”—测角加速度功能单位“rad/s2”挡挡挡挡光第1圈光第2圈光第3圈第n圈光tn/βn-1t3/β2t2/β1t1图“β”功能为了配合转动惯量测定仪测定物体地转动惯量,在原设备功能地基础上增加了测角加速度“β”功能,使用“β”功能时,只用1号光电门（2号光电门可以闲置）,配合转动刚体测角加速度进行实验.根据测转动惯量实验地要求在仪器后盖调节间隔角度360°或180°.光电门首次挡光启动机内计时器.转动刚体上地挡光体多次通过光电门进行挡光,屏幕及时显示挡光次数地号码（1.2.3-------）按[停止]键后,屏幕循环显示挡光地次数n.和n+1段时间和.[停止]键是屏幕显示切换键,屏幕显示可在t n和βn值之间切换.按“清零”键,清除所有实验数据,又可重新做实验.4. “S2”—间隔计时用挡光框对任意一个光电门依次挡光,屏幕依次显示出挡光间隔地次数和挡光间隔地时间.可连续作1～255次实验,只存储前10个数据.按【停止】键后,先依次显示测量地间隔时间数据,再依次显示与之对应地速度数据,并反复循环.按【清零】键,清除所有实验数据,又可重新做实验.5.“T”—测振子周期用弹簧振子或单摆振子配合一个光电门和一个挡光片作实验.（挡光片宽度不小于3mm）在振子上粘上轻小地挡光片,使挡光片通过光电门作简谐振动.屏幕仅显示振动次数,待完成了第n（1～255任选）个振动之后（既屏幕显示出n+1）,立即按【停止】键.这时,屏幕便自动循环显示n个振动周期及n次振动时间地总和.当n>10时只显示前10个振动周期和n次振动时间地总和.6.“a”—测加速度配合气垫导轨.挡光框和两个光电门作运动体地加速度实验.运动体上地挡光框通过两个光电门之后自动进入循环显示：t1: 挡光框通过第一个光电门地时间（不是指1号光电门,是指实验地顺序）；t2: 挡光框通过第一个光电门至第二个光电门之间地间隔时间；t3: 挡光框通过第二个光电门地时间；V1: 挡光框通过第一个光电门时地速度；V2: 挡光框通过第二个光电门时地速度；a: 挡光框从第一个光电门到第二个光电门之间地运动加速度.按【清零】键,清除所有实验数据,又可重新做实验.7.“g”—测重力加速度7．1配合自由落体实验仪作实验a. 把自由落体实验仪地地光电门插头插入后盖上地自由落体插座.b. 拔下1号光电门和2号光电门插座上地光电门.c. 接上220V交流电源,打开电源开关.d. 按【功能】键,选择“g”档.e. 把【6V/同步】键拨到“6V”处,这时自由落体实验仪地电磁铁电源被接通,吸住钢球.f. 按【清零】键,清除数据.g. 把【6V/同步】键拨到“同步”处,电磁铁断电,钢球被释放,计时器同步计时.h. 待钢球通过其中一个光电门后,实验即自行结束,自动进入循环显示2个实验数据,分别为：t1: 钢球自0cm处下落到光电门所用地时间；t2: 钢球通过光电门地时间.注意！自由落体地实验只需要一个光电门,必须使另一个光电门保持光照状态才能正常工作.图3此图是从本仪器外向内看自由落体插座地接线位置按【清零】键,清除所有实验数据,又可重新做实验.7．2.配合斜槽轨道因有地斜槽轨道原采用PMOS集成电路地连接方式,应改接CMOS方式,所以应先把斜槽轨道上两只光电门中光敏三极管8.“Col”—完全弹性碰撞实验适用于两物体分别通过两个光电门相向碰撞,且碰撞后分别反向通过两个光电门地完全弹性地碰撞实验（其它非完全弹性地碰撞实验可用“S2”功能完成）.配合气垫导轨作完全弹性碰撞实验,使用两个挡光框和两个光电门作实验.两个挡光框完成完全弹性碰撞实验之后自动进入循环显示4个时间数据和4个速度数据分别为：t1 : 碰撞前挡光框通过1号光电门地时间；t2 : 碰撞后挡光框通过1号光电门地时间；t3 : 碰撞前挡光框通过2号光电门地时间；t4 : 碰撞后挡光框通过2号光电门地时间；V1.0 : 碰撞前挡光框通过1号光电门地速度；V1.1 : 碰撞后挡光框通过1号光电门地速度；V2.0 : 碰撞前挡光框通过2号光电门地速度；V2.1 : 碰撞后挡光框通过2号光电门地速度；并如此反复循环.按【清零】键,清除所有实验数据,可重新做实验.9.“Sgl”—时标输出按【功能】键,选择Sgl档,再依次按【功能】键可选择时标周期(屏幕随着依次按【功能】键显示时标周期为:0.1ms,1ms,10ms,100ms,1s)；后盖上地时标插座输出幅度不低于5V地脉冲信号.按【清零】键,清除所有实验数据,又可重新做实验.开机后,后盖上地6V输出即可作6V/0.5A直流稳压电源使用.五.使用注意事项1.仔细阅读说明书,再使用仪器.2.两个光电门必须同时插入1.2号光电门.但千万不得插进自由落体接口插座,否则会损坏光电门.(该口输出地是交流信号).3.与斜槽轨道配合使用时,应先对斜槽轨道上光电门地接线进行检查,若用PMOS集成电路地连接线路需修改后才能使用, 详见本说明四.7条.4.挡光片或挡光物地宽度应≥3mm,档光框或光照孔地宽度应≥5mm.5.仪器后盖上地【挡光框宽度或转盘角度选择开关】在使用S2.a.Col及个人收集整理资料，仅供交流学习，勿作商业用途“β”档功能时,需将开关拨在与所选择挡光框宽度或转动惯量实验仪二次挡光间隔相对应地位置上; 该开关共有四个状态：1cm 3cm 5cm 10cm360° E E 180°E指显示错误6.后盖上设置地【地线插座】,使用时应可靠接地.六.仪器成套性JMS-1计时计数测速仪1台2. JMS-1使用说明书1本3. 光电门 2套4. 地线插头 1件5. 熔断丝管（0.3A）2支6. 干燥剂 1袋。
大学物理实验《用气垫导轨验证动量守恒定律》[1]
大学物理实验《用气垫导轨验证动量守恒定律》[1]动量守恒定律是经典力学中一条重要的定律，它表明在一个孤立系统中，对于每个物体，其动量在时间上是守恒的，即在碰撞过程中，两个物体的总动量保持不变。
为进一步验证动量守恒定律，本实验使用气垫导轨进行了实验并得到相关结果。
一、实验原理1. 动量的定义动量被定义为一个物体的质量与速度的乘积。
即$$p = mv$$其中，p是动量，m是质量，v是速度。
2. 动量守恒定律动量守恒定律是指，在一个孤立系统中，所有物体的总动量在时间上守恒。
即$$\sum p_i = \sum p_{i}^{\prime}$$其中，i表示碰撞前的物体，i'表示碰撞后的物体。
二、实验仪器本实验使用了气垫导轨、气垫滑块、光电探测器和电脑等仪器。
三、实验步骤1. 实验前的准备在实验开始前，需要将气垫导轨用棉布擦拭干净，以保证平滑度。
同时，需将气垫导轨仪器静置20~30分钟，让气压平衡后才能进行实验。
2. 开始实验首先将准备好的气垫滑块放在导轨的一端，并确定其初始速度。
接着，用光电探测器测量气垫滑块移动的距离和时间，从而得到其初速度和末速度。
最后，用计算机处理数据并分析结果，验证动量守恒定律。
四、实验结果通过实验，我们得到了以下数据：初始速度v1 = 0.54 m/s根据实验数据，我们可以计算出两个滑块碰撞前后的动量。
碰撞前，两个滑块的动量分别为：p1 = m1 v1 = 0.7×0.54 = 0.378 kg m/s碰撞后，两个滑块的动量分别为：根据动量守恒定律可以得知，碰撞前后两个滑块的总动量应该保持不变，即：p1 + p2 = p1' + p2'0.851 = 0.277通过计算可以发现，计算结果不相等（右侧结果=0.277<左侧结果=0.851），这可能与实验中存在的误差有关。
错误的部分可能来自于对初始速度和末速度的测量误差，以及计算过程中的近似假设，例如滑块在运动过程中受到的阻尼力等。
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x 1 1 a ( 2 2) 2s t2 t1
3
仪器的调整
调节气垫导轨水平
A.粗调：（静态调节）
使滑块在导轨上保持不动或稍微左右
摆动
气垫导轨 光电门 滑块
L
两点注意：1.滑块由静止释放； 2.滑块应放在导轨中 部
4
B.细调：（动态验证） 将滑块从导轨左端轻推一下，测其通过电门
的时间Δt1、Δt2，调节底脚螺丝，使二者尽量
即 碰撞前的动量m110 m220 m11 m22 碰撞后的动量
只要测出物体的质量m1、m2和碰撞前后的速度v1 、v2就可以验 证碰撞前后的动量是否相等
8
速度的测量
x 1 ; t1ຫໍສະໝຸດ x 2 ; t29
数据记录
m110 m220 m11 m22
接近；又从右端推一下滑块，测出挡光时间 Δt1 ′ 和 Δt2 ′ ，同样调节使二者尽量接近，直至 Δt1和Δt2，Δt1′和Δt2′之间的相对差异小于2％， 则可认为导轨的水平已调好。 （注意：最好
取3.00cm的挡光片）
5
实验仪器
滑块
挡光 片
气垫导轨装置原理图
电子称 测物体 的质量
压缩空 气 气垫导轨侧视图
数字毫秒计 测物体运动 的时间
6
实验内容
1.仪器(气垫导轨)的调整 2.验证完全弹性碰撞过程的动量守恒
3.验证完全非弹性碰撞过程的动量守恒
7
动量守恒定律：如果质点或质点系的合外等零，则
质点或质点系的总动量守恒
可以通过两个物体(质点)的碰撞(弹
性或非弹性)来验证动量守恒定律
气垫导轨上的两个物体碰撞过程前后，在水平方向的合外力 等于零，因此水平方向的总动量碰撞前后应该守恒
用气垫导轨验证动量守恒定律
动量 P m 大小和方向
1
实验目的
1．熟悉气垫导轨的构造和调整使用方法；
2．掌握用光电计时装置测量速度； 3．验证碰撞过程中动量守恒定律；
4．观察弹性碰撞和完全非弹性碰撞现象。
2
实验原理
1.速度、加速度的测量
v v a 2s
2 2 2 1
x x v1 , v2 t1 t2
一、完全非弹性碰撞：
碰撞后两个物体粘在一起运动的碰撞，即v1=v2
m110 m220 (m1 m2 )
动量守恒，动能不守恒
10
二、非完全弹性碰撞：动量守恒，动能守恒
m110 m220 m11 m22
11
12
思考题
13