Question

10．某同學(xué)利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和氣墊導(dǎo)軌做“探究碰撞中的不變量”的實(shí)驗(yàn)；氣墊導(dǎo)軌裝置如圖（a）所示，所用的氣墊導(dǎo)軌裝置由導(dǎo)軌、滑塊、彈射架等組成．在空腔導(dǎo)軌的兩個(gè)工作面上均勻分布著一定數(shù)量的小孔，向?qū)к壙涨粌?nèi)不斷通人壓縮空氣，壓縮空氣會(huì)從小孔中噴出，使滑塊穩(wěn)定地漂浮在導(dǎo)軌上，如圖（b）所示，這樣就大大減小了因滑塊和導(dǎo)軌之間的摩擦而引起的誤差．
滑塊1右端安有撞針，滑塊2左端粘有橡皮泥．

（1）下面是實(shí)驗(yàn)的主要步驟：
①安裝好氣墊導(dǎo)軌，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌的調(diào)節(jié)旋鈕，使導(dǎo)軌水平；
②向氣墊導(dǎo)軌通入壓縮空氣；
③把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在緊靠氣墊導(dǎo)軌左端彈射架的外側(cè)，將紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器越過(guò)彈射架并固定在滑塊1的左端，調(diào)節(jié)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的高度，直至滑塊拖著紙帶移動(dòng)時(shí)，紙帶始終在水平方向；
④滑塊1擠壓導(dǎo)軌左端彈射架上的橡皮繩；
⑤把滑塊2放在氣墊導(dǎo)軌的中間；
⑥先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，然后放開(kāi)紙帶，讓滑塊1帶動(dòng)紙帶一起運(yùn)動(dòng)，與滑塊2相撞并合在一起共同運(yùn)動(dòng)；
⑦取下紙帶，重復(fù)步驟④⑤⑥，選出較理想的紙帶如圖（c）所示：

⑧測(cè)得滑塊1（包括撞針）的質(zhì)量為310g，滑塊2（包括橡皮泥）的質(zhì)量為205g；試完善實(shí)驗(yàn)步驟⑥的內(nèi)容．
（2）已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔0.02s打一個(gè)點(diǎn)，計(jì)算可知，兩滑塊相互作用前質(zhì)量與速度的乘積之和為0.620kg•m/s；兩滑塊相互作用以后質(zhì)量與速度的乘積之和為0.618kg•m/s（保留三位有效數(shù)字）．
（3）試說(shuō)明（2）問(wèn)中兩結(jié)果不完全相等的主要原因是紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器限位孔有摩擦力的作用．

Answer 1

分析 使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，先接通電源后釋放紙帶；本實(shí)驗(yàn)為了驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律設(shè)置滑塊在氣墊導(dǎo)軌上碰撞，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器紙帶的數(shù)據(jù)測(cè)量碰前和碰后的速度，計(jì)算前后的動(dòng)量，多次重復(fù)，在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)相等，則動(dòng)量守恒定律得到驗(yàn)證．

解答 解：（1）使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，先接通電源后釋放紙帶，所以先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，后放開(kāi)滑塊1；
（2）放開(kāi)滑塊1后，滑塊1做勻速運(yùn)動(dòng)，跟滑塊2發(fā)生碰撞后跟2一起做勻速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)紙帶的數(shù)據(jù)得：
碰前的速度打出5個(gè)點(diǎn)的位移為20.0cm=0.20m；用時(shí)0.1s
碰后打7個(gè)點(diǎn)的位移為16.8cm=0.168m，用時(shí)0.14s；
碰撞前滑塊1的動(dòng)量為：P₁=m₁v₁=0.310×$\frac{0.2}{0.1}$=0.620kg•m/s，滑塊2的動(dòng)量為零，所以碰撞前的總動(dòng)量為0.620kg•m/s
碰撞后滑塊1、2速度相等，所以碰撞后總動(dòng)量為：
P₂=（m₁+m₂）v₂=（0.310+0.205）×$\frac{0.168}{0.14}$=0.618kg•m/s
（3）結(jié)果不完全相等是因?yàn)榧垘�與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器限位孔有摩擦力的作用．
故答案為：（1）接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源；放開(kāi)紙帶；（2）0.620；0.618；（3）紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器限位孔有摩擦力的作用

點(diǎn)評(píng) 本題利用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)，本實(shí)驗(yàn)中要注意明確實(shí)驗(yàn)原理，同時(shí)還要注意打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的使用方法，知道氣墊導(dǎo)軌要水平才能滿(mǎn)足動(dòng)量守恒．