Question

17．气垫导轨（如图甲）工作时，空气从导轨表面的小孔喷出，在导轨表面和滑块内表面之间形成一层薄薄的空气层，使滑块不与导轨表面直接接触，大大减小了滑块运动时的阻力．为了验证动量守恒定律，在水平气垫导轨上放置两个质量均为0.1Kg的滑块，每个滑块的一端分别与穿过打点计时器的纸带相连，两个打点计时器所用电源的频率均为50Hz．气垫导轨正常工作后，接通两个打点计时器的电源，并让两滑块以不同的速度相向运动，两滑块相碰后粘在一起继续运动．图乙为某次实验打出的、点迹清晰的纸带的一部分，在纸带上以同间距的6个连续点为一段划分纸带，用刻度尺分别量出其长度s1、s2和s3．若题中各物理量的单位均为国际单位，那么，碰撞前两滑块的动量大小分别为s₁、s₃，两滑块的总动量大小为s₁-s₃；碰撞后两滑块的总动量大小为2s₂．重复上述实验，多做几次．若碰撞前、后两滑块的总动量在实验误差允许的范围内相等，则动量守恒定律得到验证．

Answer 1

分析 本实验为了验证动量守恒定律设置滑块在 气垫导轨上碰撞，用打点计时器纸带的数据测量碰前和碰后的速度，计算前后的动量，多次重复，在实验误差允许的范围内相等，则动量守恒定律得到验证．

解答 解：由题意可知，打点计时器的打点间隔：T=0.02s，5T=0.1s，
由图乙结合实际情况可以看出，s₁和s₃是两物体相碰前打出的纸带，s₂是相碰后打出的纸带．
所以碰撞前物体的速度分别为：v₁=$\frac{{s}_{1}}{t}$=$\frac{{s}_{1}}{5T}$=10s₁，v₂=$\frac{{s}_{3}}{t}$=$\frac{{s}_{3}}{5T}$=10s₃，
碰撞后两物体共同速度：v=$\frac{{s}_{2}}{t}$=$\frac{{s}_{2}}{5T}$=10s₂，
所以碰前两物体动量分别为：p₁=mv₁=0.1×10s₁=s₁，p₂=mv₂=0.1×10s₃=s₃，
总动量：p=p₁-p₂=s₁-s₃；碰后总动量：p′=2mv=2×0.1×10s₂=2s₂；
故答案为：s₁；s₃；s₁-s₃；2s₂．

点评 本题考查了关于动量守恒的基础知识，要注意气垫导轨要水平才能满足动量守恒，这是一道基础实验题．