Question

15．某同学利用打点计时器和气垫导轨做验证动量守恒定律的实验．气垫导轨装置如图a所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成．在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔，向导轨空腔内不断通入压缩空气，空气会从小孔中喷出，使滑块稳定地漂浮在导轨上，这样就大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差．
（1）下面是实验的主要步骤，完善实验步骤⑥的内容．
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把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧，将纸带穿过打点计时器与弹射架并固定在滑块1的左端，调节打点计时器的高度，直至滑块拖着纸带移动时，纸带始终在水平方向；
④使滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳．
⑤把滑块2放在气垫导轨的中间．
⑥先先接通打点计时器的电源，然后放开滑块1，使之带动纸带一起运动；
⑦取下纸带，重复步骤④⑤⑥，选出理想的纸带如图b所示．
⑧测得滑块1的质量为310g，滑块2（包括橡皮泥）的质量为205g．

（2）已知打点计时器每隔0.02s打一个点，可知两滑块相互作用以前系统的总动量为0.620kg•m/s；两滑块相互作用以后系统的总动量为0.618kg•m/s（保留三位有效数字）．
（3）试说明（2）中两结果不完全相等的主要原因是纸带与打点计时器限位孔有摩擦．

Answer 1

分析 使用打点计时器时，先接通电源后释放纸带；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：（1）为了打点稳定，实验时应先接通打点计时器的电源，再放开滑块1．
（2）作用前系统的总动量为滑块1的动量，
p₀=m₁v₀，v₀=$\frac{0.2}{0.1}$ m/s=2 m/s，
p₀=0.310×2 kg•m/s=0.620 kg•m/s．
作用后系统的总动量为滑块1和滑块2的动量和，且此时两滑块具有相同的速度v，v=$\frac{0.168}{0.14}$ m/s=1.2 m/s，
p=（m₁+m₂）v=（0.310+0.205）×1.2 kg•m/s=0.618 kg•m/s．
（3）存在误差的主要原因是纸带与打点计时器限位孔有摩擦．
故答案为：（1）⑥接通打点计时器的电源　放开滑块1（2）0.620　0.618　（3）纸带与打点计时器限位孔有摩擦

点评 本题考查用打点计时器验证动量守恒定律的方法； 解题时要注意明确实验原理，掌握打点计时器的使用方法，知道气垫导轨要水平才能满足动量守恒．