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
9
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
10
二、非完全弹性碰撞：动量守恒，动能守恒
m110 m2 20 m11 m2 2
11
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?
13
•
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阅
读
感
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。
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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
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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
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