Question

【题目】某同学利用气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”的实验；气垫导轨装置如图所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架、光电门等组成．

⑴下面是实验的主要步骤：
①安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；
②向气垫导轨通入压缩空气；
③接通光电计时器；
④把滑块2静止放在气垫导轨的中间；
⑤滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；
⑥释放滑块1，滑块1通过光电门1后与左侧固定弹簧的滑块2碰撞，碰后滑块1和滑块2依次通过光电门2，两滑块通过光电门后依次被制动；
⑦读出滑块通过两个光电门的挡光时间分别为滑块1通过光电门1的挡光时间△t1=10.01ms，通过光电门2的挡光时间△t2=49.99ms，滑块2通过光电门2的挡光时间△t3=8.35ms；
⑧测出挡光片的宽度d=5mm，测得滑块1（包括撞针）的质量为ml=300g，滑块2（包括弹簧）质量为m2=200g；
⑵数据处理与实验结论：
①实验中气垫导轨的作用是②碰撞前滑块1的速度v1为m/s；碰撞后滑块1的速度v2为m/s；滑块2的速度v3为 m/s；（结果保留两位有效数字）
③在误差允许的范围内，通过本实验，同学们可以探究出哪些物理量是不变的？通过对实验数据的分析说明理由．（至少回答2个不变量）．
a．b． ．

Answer 1

【答案】a、大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差．b、保证两个滑块的碰撞是一维的；0.50；0.10；0.60；系统碰撞前后总动量不变；碰撞前后总动能不变
【解析】解：①a、大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差．

b、保证两个滑块的碰撞是一维的． ②滑块1碰撞之前的速度v1= = =0.50m/s；

滑块1碰撞之后的速度v2= = =0.10m/s；

滑块2碰撞后的速度v3= = =0.60m/s；③a、系统碰撞前后总动量不变．

原因：系统碰撞之前的动量m1V1=0.15kgm/s 系统碰撞之后的动量m1V2+m2V3=0.15kgm/s

b．碰撞前后总动能不变．

原因：碰撞前的总动能Ek1=m1V12/2=0.0375J 碰撞之后的总动能Ek2=m1V22/s+m2V32/2=0.0375J，

所以碰撞前后总动能相等．

c．碰撞前后质量不变．

故本题答案为：①a、大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差．b、保证两个滑块的碰撞是一维的． ②0.50，0.10，0.60③a、系统碰撞前后总动量不变．b．碰撞前后总动能不变．c．碰撞前后质量不变．
（1）本实验的误差主要来自于摩擦力，为了减小本实验的误差，使用气垫导轨使两物块只能沿导轨做直线运动，保证了两物块碰撞前后在同一条直线上做一维碰撞，同时气垫导轨的使用减小了摩擦阻力。
（2）因为滑块通过光电门的时间极短，又没滑块做匀速直线运动，根据匀速直线运动公式滑块的宽度除以滑块通过光电门的时间等于滑块通过光电门的速度．
（3）由于发生弹性碰撞，故碰撞过程中动量守恒，动能守恒．