一、实验简介妙趣横生的台球、刺激过瘾的碰碰车等也是遵从动量守恒规律的。只要质点系的动量守恒，人们可以用多种方式改变部分系统的速度，使其他部分产生所需的速度或动量来为人们所利用。同样，若研讨物理理论脱离实践应用，则显得无意义，因此，我们学好理论的同时，更应该大胆创新，让理论指导我们的实践，服务于我们的生活，这才是真止的学以致用。在力学实验中，摩擦力的存在会带来许多不便，使某些力学实验结果的误差很大，甚至使有些实验无法进行。采用气垫技术可以克服这一困难，使力学现象更加真实、直观，同时采用光电计时装置测定物体运动时间，从而可以在比较理想的条件下用实验方法精确地测定物体的速度、加速度及在外力作用下的运动定律。二、实验原理1.验证动量守恒定律如果一个系统所受的合外力为零，则该系统总动量保持不变，这一结论称为动量守恒定律。本实验研究两滑块在气垫导轨上做水平方向上对心碰撞，可以近似认为两滑块组成的系统在水平方向上所受合外力为零，故系统在水平方向上动量守恒设两滑块的质量分别为m1、m2，碰撞前它们的速度分别为V10和v20，碰撞后的速度分别为V和V2，由动量守恒定律有(1)miV10+m2V20=miVi+m2V2完全弹性碰撞完全弹性碰撞的特点是碰撞前后系统的动量守恒，机械能也守恒。实验时，在两滑块相碰端装有弹性极好的缓冲弹簧片，滑块相碰时缓冲弹簧片先发生弹性变形而又迅速恢复原状，并将滑块弹开，系统机械能近似无损失。碰撞前后总动能保持不变，即1￥1￥11(2)2mVi0 +2m220=2m2 +2m22当取V20=0时，由式(1)、式(2)可得碰撞前后速度关系为mi-m2V1=V10mi+m2(3)2miV2 = mi + m2-V10完全非弹性碰撞完全非弹性碰撞的特点是两滑块碰撞后粘在一起以相同速度运动。两滑块在碰撞前后系统的动量守恒，但机械能不守恒。设碰撞后两滑块的共同速度为V，则(4)m1V10+m2V20=(m1+m2)v
一、实验简介 妙趣横生的台球、刺激过瘾的碰碰车等也是遵从动量守恒规律的。只要质点 系的动量守恒，人们可以用多种方式改变部分系统的速度，使其他部分产生所需 的速度或动量来为人们所利用。同样，若研讨物理理论脱离实践应用，则显得毫 无意义，因此，我们学好理论的同时，更应该大胆创新，让理论指导我们的实践， 服务于我们的生活，这才是真正的学以致用。 在力学实验中，摩擦力的存在会带来许多不便，使某些力学实验结果的误差 很大，甚至使有些实验无法进行。采用气垫技术可以克服这一困难，使力学现象 更加真实、直观，同时采用光电计时装置测定物体运动时间，从而可以在比较理 想的条件下用实验方法精确地测定物体的速度、加速度及在外力作用下的运动定 律。 二、实验原理 1.验证动量守恒定律 如果一个系统所受的合外力为零，则该系统总动量保持不变，这一结论称为 动量守恒定律。本实验研究两滑块在气垫导轨上做水平方向上对心碰撞，可以近 似认为两滑块组成的系统在水平方向上所受合外力为零，故系统在水平方向上动 量守恒 设两滑块的质量分别为𝑚1、𝑚2，碰撞前它们的速度分别为𝑣10和𝑣20，碰撞 后的速度分别为𝑣1和𝑣2，由动量守恒定律有 𝑚1𝑣10 + 𝑚2𝑣20 = 𝑚1𝑣1 + 𝑚2𝑣2 (1) 完全弹性碰撞 完全弹性碰撞的特点是碰撞前后系统的动量守恒，机械能也 守恒。实验时，在两滑块相碰端装有弹性极好的缓冲弹簧片，滑块相碰时缓冲弹 簧片先发生弹性变形而又迅速恢复原状，并将滑块弹开，系统机械能近似无损失。 碰撞前后总动能保持不变，即 1 2 𝑚1𝑣10 2 + 1 2 𝑚2𝑣20 2 = 1 2 𝑚1𝑣1 2 + 1 2 𝑚2𝑣2 2 (2) 当取𝑣20=0时，由式(1)、式(2)可得碰撞前后速度关系为 𝑣1 = 𝑚1 − 𝑚2 𝑚1 + 𝑚2 𝑣10 𝑣2 = 2𝑚1 𝑚1 + 𝑚2 𝑣10 (3) 完全非弹性碰撞 完全非弹性碰撞的特点是两滑块碰撞后粘在一起以相同 速度运动。两滑块在碰撞前后系统的动量守恒，但机械能不守恒。设碰撞后两滑 块的共同速度为𝑣，则 𝑚1𝑣10 + 𝑚2𝑣20 = (𝑚1 + 𝑚2)𝑣 (4)
当取V20=0时，则有miV=(5)-V10m1 +m2恢复系数e相互碰撞的两物体，碰撞后的相对速度和碰撞前的相对速度之比，称为恢复系数，用符号e表示=-V2 - V1e=V10-V20(6)V2 - V1e=V10-V20通常可以根据恢复系数对碰撞进行如下分类1)e=0，即V2=V1，为完全非弹性碰撞。2)e=1，即V2-V1=V10-V20，为安全弹性碰撞。3)0<e<1，是一般的非完全弹性碰撞。(4)碰撞时动能的损耗设碰撞后和碰撞前动能之比为R，即1.1m1+m2V2(7)R=:2m1Vio+2m2V20经过推导可得mi +m2e2R.(8)mi+m2从式(8)仍可看出，只有当e=1时，动能才守恒。当e=0时，R=_m1，若m,+m。由式(8)可知，当由实验求出恢复系数e，就可以算出碰撞取m1= m2，则R=20前后的能量比和碰撞中的能量损失。2.瞬时速度的测量在气垫导轨的一侧安装两个光电门，它是计时装置的传感器。每个光电门有一个光电二极管，被一个聚光小灯泡所照亮。实验时，将一宽度为4x的U形挡光片置于滑块上，滑块通过设置于导轨某处的光电门时，毫秒计时器测出挡光时间4t，于是就可求出滑块通过该光电门处的瞬时速度。挡光片如图1所示，若计时器功能选择在“S2”档，当滑块向左（或向右）运动时，挡光片的边缘1（或4)进入光电门进行第一次挡光，毫秒计时器开始计时，当边缘3（或2)进入光电门进行第二次挡光时，毫秒计时器停正计时。毫秒计显示的时间4t就是滑块运动经过4x距离所用的时间4t，于是，禁即可近似认为是滑块通过光电门附近的瞬时速度。实验所用的挡光片的宽度4x为几厘米
当取𝑣20=0时，则有 𝑣 = 𝑚1 𝑚1 + 𝑚2 𝑣10 (5) 恢复系数𝑒 相互碰撞的两物体，碰撞后的相对速度和碰撞前的相对速度之比，称为恢复 系数，用符号𝑒表示 𝑒 = 𝑣2 − 𝑣1 𝑣10 − 𝑣20 𝑒 = 𝑣2 − 𝑣1 𝑣10 − 𝑣20 (6) 通常可以根据恢复系数对碰撞进行如下分类： 1)𝑒 =0，即𝑣2=𝑣1，为完全非弹性碰撞。 2)𝑒 =1，即𝑣2 − 𝑣1 = 𝑣10 − 𝑣20，为安全弹性碰撞。 3)0<𝑒 <1，是一般的非完全弹性碰撞。 (4)碰撞时动能的损耗 设碰撞后和碰撞前动能之比为R，即 𝑅 = 1 2 𝑚1𝑣1 2 + 1 2 𝑚2𝑣2 2 1 2 𝑚1𝑣10 2 + 1 2 𝑚2𝑣20 2 (7) 经过推导可得 𝑅 = 𝑚1 + 𝑚2𝑒 2 𝑚1 + 𝑚2 (8) 从式(8)仍可看出，只有当𝑒 =1时，动能才守恒。当𝑒 =0时，𝑅 = 𝑚1 𝑚1+𝑚2 ，若 取𝑚1 = 𝑚2，则𝑅 = 1 2。由式(8)可知，当由实验求出恢复系数𝑒，就可以算出碰撞 前后的能量比和碰撞中的能量损失。 2.瞬时速度的测量 在气垫导轨的一侧安装两个光电门，它是计时装置的传感器。每个光电门有 一个光电二极管，被一个聚光小灯泡所照亮。实验时，将一宽度为𝛥𝑥的U形挡光 片置于滑块上，滑块通过设置于导轨某处的光电门时，毫秒计时器测出挡光时间 𝛥𝑡，于是就可求出滑块通过该光电门处的瞬时速度。挡光片如图1所示，若计时 器功能选择在“S2”档，当滑块向左(或向右)运动时，挡光片的边缘1(或4)进入 光电门进行第一次挡光，毫秒计时器开始计时，当边缘3(或2)进入光电门进行第 二次挡光时，毫秒计时器停止计时。毫秒计显示的时间𝛥𝑡就是滑块运动经过𝛥𝑥距 离所用的时间𝛥𝑡，于是，𝛥𝑥 𝛥𝑡即可近似认为是滑块通过光电门附近的瞬时速度。实 验所用的挡光片的宽度𝛥𝑥为几厘米
自光片运物方限图 1三、实验内容1.调整检验使气垫导轨处于水平状态判断导轨是否处于水平有两种方法：“静态法”和“动态法”。当用“静态法”进行调节时，将滑块置于已通气的导轨上，调节支点螺钉使其在任何位置都能保持静止不动，或稍有运动，但不总向一个方向运动。当用“动态法”进行调节时，要求滑块在沿同一方向运动的过程中经过两光电门的时间近似相等，即可认为导轨已调平。2.用完全弹性碰撞验证动量守恒要求分两种情况进行研究：(1)令m1 =m2, V20 = 0;1)用天平分别称出两个滑块的质量m和m2。2)将计时器功能选择在“S2”档。3)如图2所示，接通气源后，将滑块2置于两光电门之间，并使其静止(即v20=0)，滑块1置于导轨的一端。碰撞前，迅速对滑块1施一与V1o相反且与导轨平面平行的力，使滑块1运动到与导轨端弹簧圈相碰反弹回来，产生初速度V10，记下滑块1经过光电门1的时间4t10°光电门2光电门20=0odmpdmp图24)两滑块碰撞后，滑块1将静止。滑块2以速度v2向前运动，记下滑块2经过光电门2的时间4t2。5)重复测量3次，将测量数据填入表1内。(2)令m1±m2，V20=0。1)用天平称出两重块的质量，加在滑块1上。2)仿照上述步骤，记下滑块1经过光电门1的时间4t10，以及碰撞后滑块2和滑块1先后经过光电门2的时间4t和4t（注意：在滑块2经过光电门2运动到导轨
图 1 三、实验内容 1.调整检验使气垫导轨处于水平状态 判断导轨是否处于水平有两种方法：“静态法”和“动态法”。当用“静态 法”进行调节时，将滑块置于已通气的导轨上，调节支点螺钉使其在任何位置都 能保持静止不动，或稍有运动，但不总向一个方向运动。当用“动态法”进行调 节时，要求滑块在沿同一方向运动的过程中经过两光电门的时间近似相等，即可 认为导轨已调平。 2.用完全弹性碰撞验证动量守恒 要求分两种情况进行研究： (1)令𝑚1 = 𝑚2，𝑣20 = 0; 1)用天平分别称出两个滑块的质量𝑚1和𝑚2。 2)将计时器功能选择在“S2”档。 3)如图2所示，接通气源后，将滑块2置于两光电门之间，并使其静止(即𝑣20 = 0)，滑块1置于导轨的一端。碰撞前，迅速对滑块1施一与𝑣10相反且与导轨平面 平行的力，使滑块1运动到与导轨端弹簧圈相碰反弹回来，产生初速度𝑣10，记下 滑块1经过光电门1的时间𝛥𝑡10。 图 2 4)两滑块碰撞后，滑块1将静止。滑块2以速度𝑣2向前运动，记下滑块2经过 光电门2的时间𝛥𝑡2。 5)重复测量3次，将测量数据填入表1内。 (2)令𝑚1 ≠ 𝑚2，𝑣20 = 0。 1)用天平称出两重块的质量，加在滑块1上。 2)仿照上述步骤，记下滑块1经过光电门1的时间𝛥𝑡10，以及碰撞后滑块2和 滑块1先后经过光电门2的时间𝛥𝑡2和𝛥𝑡1(注意：在滑块2经过光电门2运动到导轨
的一端时，应使它静止，否则由于弹回而影响时间4t的测量)。3)重复测量3次，将测量数据填入表2内。四、实验仪器本实验所用到的实验仪器有气垫导轨、数字毫秒计、滑块、天平1.气垫导轨实验仪器和仿真仪器：实验仪器仿真仪器操作方法：(1)双击打开气垫导轨大视图：(2)打开气泵开关，给气轨通气，再将滑块放到气垫上，切忌未通气就将滑块放到气垫上。(3)将气垫导轨调平，调平方法：将滑块放到气垫上，调节支脚螺钉，直至滑块在气轨上任何位置都能保持静止不动，或稍有些运动，但不总向一个方向运动，即认为已基本调平。(4)调水平后切换到纵向水平调节界面，调节两边支教螺钉，观察中间水平仪运动状态，若静止不动，或稍或稍有些运动，但不总向一个方向运动，即认为已基本调平。2.数字毫秒计实验仪器和仿真仪器：
的一端时，应使它静止，否则由于弹回而影响时间𝛥𝑡1的测量)。 3)重复测量3次，将测量数据填入表2内。 四、实验仪器 本实验所用到的实验仪器有气垫导轨、数字毫秒计、滑块、天平 1.气垫导轨 实验仪器和仿真仪器： 实验仪器 仿真仪器 操作方法： (1)双击打开气垫导轨大视图； (2)打开气泵开关，给气轨通气，再将滑块放到气垫上，切忌未通气就将滑 块放到气垫上。 (3)将气垫导轨调平，调平方法：将滑块放到气垫上，调节支脚螺钉，直至 滑块在气轨上任何位置都能保持静止不动，或稍有些运动，但不总向一个方向运 动，即认为已基本调平。 (4)调水平后切换到纵向水平调节界面，调节两边支教螺钉，观察中间水平 仪运动状态，若静止不动，或稍或稍有些运动，但不总向一个方向运动，即认为 已基本调平。 2.数字毫秒计 实验仪器和仿真仪器：
8.88.80MJ-58计彩计管制造实验仪器仿真仪器操作方法：(1)双击打开数字毫秒计：(2)切换到背面视图，打开电源开关，两个档位选择分别为ms档及S2计时2档上;(3)鼠标左键点击转换按钮，测量项档位会发生改变，从ms跳到cm/s，再次点击回到ms，分别代表时间、速度的测量；(4)鼠标左键点击功能按钮，右侧方式项档位会从S2跳到S1，再次点击回到S2，代表两种测量的方式。(S1计时：每个挡光片挡光的时间，一次得到四个数据，S2计时：经过两挡光片之间空隙的时间，一次得到两个数据)；(5)鼠标左键点击取数按钮可以进行取数操作，数码管显示前面测量记录下来的时间或速度，按顺序显示，每个停留时间为5秒；(6)鼠标左键点击“复位”按钮仪器复位至初始打开仪器时状态，两个档位选择分别为ms档及S2计时2档上；3.滑块实验仪器和仿真仪器：实验仪器
实验仪器 仿真仪器 操作方法： (1)双击打开数字毫秒计； (2)切换到背面视图，打开电源开关，两个档位选择分别为ms档及S2计时2档 上； (3)鼠标左键点击转换按钮，测量项档位会发生改变，从ms跳到cm/s，再次 点击回到ms，分别代表时间、速度的测量； (4)鼠标左键点击功能按钮，右侧方式项档位会从S2跳到S1，再次点击回到S2， 代表两种测量的方式。(S1计时：每个挡光片挡光的时间，一次得到四个数据， S2计时：经过两挡光片之间空隙的时间，一次得到两个数据)； (5)鼠标左键点击取数按钮可以进行取数操作，数码管显示前面测量记录下 来的时间或速度，按顺序显示，每个停留时间为5秒； (6)鼠标左键点击“复位”按钮仪器复位至初始打开仪器时状态，两个档位 选择分别为ms档及S2计时2档上； 3.滑块 实验仪器和仿真仪器： 实验仪器
仿真仪器操作方法：(1)双击打开滑块大视图；(2)鼠标左键点击增加垫片按钮，滑块上增加一块垫片鼠标左键点击减少垫片按钮，滑块上减少一块垫片：(3)鼠标放置在箭头上，变成小手状，左键点击向左或向右移动旋钮的位置，同时改变垫片所在的位置；(4)将滑块拖动到气垫导轨上；(5)鼠标右键按住滑块并向外拖动，此时会从滑块上延伸出一条箭头指向鼠标的位置，射线越长代表滑块的出射初速度越大，箭头的方向则代表滑块的出射方向；4.天平实验仪器和仿真仪器---实验仪器仿真仪器操作方法：(1)鼠标将滑块拖动到天平上，天平上显示滑块质量读数；
仿真仪器 操作方法： (1)双击打开滑块大视图； (2)鼠标左键点击增加垫片按钮，滑块上增加一块垫片；鼠标左键点击减少 垫片按钮，滑块上减少一块垫片； (3)鼠标放置在箭头上，变成小手状，左键点击向左或向右移动旋钮的位置， 同时改变垫片所在的位置； (4)将滑块拖动到气垫导轨上； (5)鼠标右键按住滑块并向外拖动，此时会从滑块上延伸出一条箭头指向鼠 标的位置，射线越长代表滑块的出射初速度越大，箭头的方向则代表滑块的出射 方向； 4.天平 实验仪器和仿真仪器 实验仪器 仿真仪器 操作方法： (1)鼠标将滑块拖动到天平上，天平上显示滑块质量读数；
五、实验指导实验重点1.了解气垫导轨的结构特点，了解数字毫秒计的结构特点2.学会正确使用气垫导轨和数字毫秒计。3.学习不等精度测量的数据处理方法。辅助功能介绍界面的右上角的功能显示框：当在普通做实验状态下，显示实验已经进行的用时、记录数据按钮、结束操作按钮：在考试状态下，显示考试所剩时间的倒计时、记录数据按钮、结束操作按钮、显示考卷按钮（考试状态下显示）。右上角工具箱：可以打开计算器。右上角帮助和关闭按钮：帮助按钮可以打开帮助文件，关闭按钮功能就是关闭实验。实验仪器栏：鼠标选中仪器中的仪器，可以查看仪器名称，在提示信息栏可以查看相应的仪器描述。提示信息栏：显示实验过程中的仪器信息，实验内容信息，仪器功能按钮信息等相关信息，按F1键可以获得更多帮助信息。实验内容栏：显示实验名称和实验内容信息（多个实验内容依次列出），当前实验内容显示为橘黄色，其他实验内容为蓝色；可以通过单击实验内容进行实验内容之间的切换。切换至新的实验内容后，实验桌上的仪器会重新按照当前实验内容进行初始化。实验操作方法1.主窗口介绍成功进入实验场景窗体，实验场景的主窗体如下图所示：WEY00:00:05-碰撞实验主场景图
五、实验指导 实验重点 1.了解气垫导轨的结构特点,了解数字毫秒计的结构特点 2.学会正确使用气垫导轨和数字毫秒计。 3.学习不等精度测量的数据处理方法。 辅助功能介绍 界面的右上角的功能显示框：当在普通做实验状态下，显示实验已经进行的 用时、记录数据按钮、结束操作按钮；在考试状态下，显示考试所剩时间的倒计 时、记录数据按钮、结束操作按钮、显示考卷按钮(考试状态下显示)。 右上角工具箱：可以打开计算器。 右上角帮助和关闭按钮：帮助按钮可以打开帮助文件，关闭按钮功能就是关 闭实验。 实验仪器栏：鼠标选中仪器中的仪器，可以查看仪器名称，在提示信息栏可 以查看相应的仪器描述。 提示信息栏：显示实验过程中的仪器信息，实验内容信息，仪器功能按钮信 息等相关信息，按F1键可以获得更多帮助信息。 实验内容栏：显示实验名称和实验内容信息(多个实验内容依次列出)，当前 实验内容显示为橘黄色，其他实验内容为蓝色；可以通过单击实验内容进行实验 内容之间的切换。切换至新的实验内容后，实验桌上的仪器会重新按照当前实验 内容进行初始化。 实验操作方法 1.主窗口介绍 成功进入实验场景窗体，实验场景的主窗体如下图所示： 碰撞实验主场景图
2.实验操作介绍(1)鼠标左键双击打开气泵大视图，点击开关按钮打开气泵开关；(2)调节气垫导轨的水平度，先调节导轨纵向上两个螺丝的高度一致，再使用静态法及动态法将导轨在横向上调节平衡；气热导销横尚调节界面纵尚调书界面纵尚节平衡！气导机横尚调节界面从内调节界横向界面已调节平衡！(3)将两个滑块分别拖动至电子天平上，记录两个滑块的质量，其中较重的滑块作为m1；89848
2.实验操作介绍 (1)鼠标左键双击打开气泵大视图，点击开关按钮打开气泵开关； (2)调节气垫导轨的水平度，先调节导轨纵向上两个螺丝的高度一致，再使 用静态法及动态法将导轨在横向上调节平衡； (3)将两个滑块分别拖动至电子天平上，记录两个滑块的质量，其中较重的 滑块作为𝑚1；
(4)打开计时计数测速仪,将功能选在S2档，将转换至于ms档；计时计数测造设.仪器工程居区型000MUJ-5B计时计数测速仪(5)将滑块2拖动至气垫导轨上的两个光电门之间，将滑块1拖动至导轨上有弹簧的一端与弹簧接触；气导机提肉调节界面张肉调节养面(6)鼠标右键点击滑块并拖动鼠标再放开后，滑块获得一个初速度后向前移动，并与滑块2相碰撞，滑块2获得一个速度并向前移动；气热导轨横向调节界面向调书界面
(4)打开计时计数测速仪,将功能选在S2档，将转换至于ms档； (5)将滑块2拖动至气垫导轨上的两个光电门之间，将滑块1拖动至导轨上有 弹簧的一端与弹簧接触； (6)鼠标右键点击滑块并拖动鼠标再放开后，滑块获得一个初速度后向前移 动，并与滑块2相碰撞，滑块2获得一个速度并向前移动；
气热导轨糯内调节界面纵肉满节界尚(7)滑块2经过光电门2后与尼龙搭扣碰在一起并停下，点击计时器上的取数按钮可以读取滑块1经过光电门1的时间4t10和滑块2经过光电门2的时间4t2，并计入实验数据表格中，计数以当前数据记录时间的先后排序；计时计数稳速仪收器正面夜端反面DS#2000MUJ-5B计时计数测速仪计时计数测速权收器正面仪器反面+1054MUT-5B计时计数测速仪.(8)点击计时计数测速仪上的复位按钮，清除所有记录的数据：
(7)滑块2经过光电门2后与尼龙搭扣碰在一起并停下，点击计时器上的取数 按钮可以读取滑块1经过光电门1的时间Δt10和滑块2经过光电门2的时间Δt2，并 计入实验数据表格中，计数以当前数据记录时间的先后排序； (8)点击计时计数测速仪上的复位按钮，清除所有记录的数据；