气垫导轨验证动量守恒定律的改进.docx
赣南师范学院物理学专业课程论文2成绩评定表班级09物理学学生姓名赵安来学号090800053论文题目气垫导轨验证动量守恒定律的女前指导教师姓名王形华老师对论文的学术评语对论文的评分评分工程（分值）学习态度（20分）文字表达（20分）学术水平（60分）合计（100分）指导教师签名：年月日得分课程论文二%垫导轨验证动量守恒定律的女前班级：09物理本科班姓名：赵安来学号：090800053指导老师：王形华老师摘要：在气垫导轨上的验证动量守恒的实验中，由于在导轨上存在气体粘性阻力，一次还存在外力。因此不能说是严格的动量守恒，为使其更精准，要对其阻力修正。关键字：动量守恒，碰撞，气垫导轨，倾斜。一实验原理验证动量守恒定律大多是用滑块在导轨上的碰撞来验证的。动量守恒的条件是被研究的物体系所受合外力为零，即在某一方向上所受合外力为零，那么物体系在此方向上动量守恒。许多教材中指出在实验前先调节导轨水平，并忽略滑块与导轨之间的摩擦力，通过对实验结果分析知，这种“忽略”给结果带来一定的影响，是不合理的，为得到较为理想的结论，需对方法加以改良，应考虑气垫导轨的摩擦。滑力共受三个力重力，方向竖直向下导轨支承力，方向垂直导轨向上滑动摩擦力，方向与运动方向相反。所以可以是气垫导轨与桌面成小角度夹角，正好是滑块受力平衡。调平导轨后，测量滑块从AfB或B-A速度损失分别为式中d(=10.OOmm)为开口挡光片第一前沿到第二前沿的距离，口，勿分别滑块从AfB过程中过A门，B门的时间，。，点分别为滑块从BfA过程中过B门，A门的时间。根据上公式求出b,再根据b=tan,求出aa其图如下:A滑轮;B缓冲弹簧;C导轨;D条形遮光片;E-气孔;F滑块;G一开槽遮光片;H缓冲弹簧;I一进气管接口;J三通进气管；K单脚底脚螺丝;L标尺;M光电门;N支承梁;O祛码；P尼龙带.当两滑块在水平的气轨上沿直线做对心碰撞时，假设两滑块在水平方向上除受到碰撞是彼此互相作用的内力外，不受其他力的作用，故动量守恒。设滑块1和2的质量分别为叫,加2,碰撞前的速度分别为匕0,彩0,碰撞后两滑块的速度为匕，u2,那么根据动量守恒定律有：wlovlo+W2V20=W1V1+W2V2碰撞后的动量与碰撞前的动量之比为：c="2+'%'A网也此试验分两组，第一组是对照实验，在气垫导轨平放时，滑块在其上碰撞；第二组是将气垫导轨倾斜角，再在气垫导轨上让两滑块碰撞。记录下相关数据。比拟两个实验的C的大小。二、实验目的：1、验证动量守恒定律。2、对气垫导轨验证动量守恒实验进行改良。三、实验仪器：滑块，气垫导轨，挡光片，钢卷尺，游标卡尺，TW05B型物理天平，光电门，CS-Z型智能数字测时器。四、实验步骤与内容：1）用TW-05B型物理天平称大、小两滑块（包括一块2.000CnI开口挡光片）的质量叫和机2）接通电源使气轨供气，用薄的小纸条注意检查气孔，发现阻塞要用细钢丝通一下，用纱布沾少许酒精擦拭轨面和滑块内外表。3）安装光电门B和A,调试测时器，测时器置于8CC档。4）气垫导轨的水平调节，用动态法使其平衡。5）测粘性阻尼b：在水平气轨上，测时器置于2p,档，使滑块以适中的速度通过光电门A-B或B-A,测量滑块分别经过两个光电门的时间,口或W个六次，计算粘性阻尼b；6）置小滑块上挡光片前沿边距B门约ICnl处，并使其速度匕0=。.将大滑块向右推动，使其在气轨右端碰撞后，再向左以平稳的速度去碰撞小滑块，最后，反向推动大滑块，让它再次通过A门（因为每个光电门必须测量两个速度后，数字测时器才会显示数字），记录速度匕，匕，%的值。7）通过求出气垫导轨的倾角，再在此条件下重复步骤5,记录相关数据。五.考前须知；1）要准确的控制气垫导轨与平面的夹角。2）要调气垫导轨至水平状态。3）A门、B门的命名必须以仪器面板标记为准，不可自定义。4）在放滑块前，气垫导轨一定要先通气。六.数据记录：表二：粘性阻量b的表小滑块质量m/g光电门距离S/cm挡光片宽度d/mm227.9760.010.0大滑块质量M/g气垫支点距离L/cm垫高h/cm455.00100.00.54次数运动.时间123456A-BZ,/ms19.04118.02018.01921.02717.19714.881ZA/ms19.54218.48818.54221.45417.59615.893表一：相关物理量测量尼常数据BfAZms16.78617.66820.38214.50320.70021.908骁/ms17.20218.17320.89614.93221.40722.448表三：未减少b的影响时做动量守恒实验的数据表组数V2(ms)按选择键vl(ms)按执行键后按选择键v0(ms)11544.401407.4971228.50121571.091367.9171258.65331335.113375.1641061.57141556.420412.9671211.88751481.481386.1001182.73261542.420388.9531284.521表四：减少b的影响时动量之间的关系组数v2(ms)按选择键匕(ms)按执行键后按选择键%11526.717353.9821182.73221491.424346.3201172.33231308.940322.7361000.57241490.312318.5721168.33451474.926313.9221181.33461546.790366.4341209.921七.数据处理粘性阻尼常量b的匕算次数越运动、时间123456AfBtms19.04118.02018.01921.02717.19714.8814ms19.54218.48818.54221.45417.59615.893BfAtms16.78617.66820.38214.50320.70021.908Z4Zms17.20218.17320.89614.93221.40722.448b×103(%5.29485.65665.76655.56165.53605.3778由式：g竺匕T±=则s22s令K=代入数据得：Isk,227.97×10-3x10×10-2×0.60fl-l-4UAJV)_=1.89975×103kgb=5.2948×10kg/sb2=5.6566×10,kg/sb3=5.7665×107kg/sbt=5.5616×IO3kg/sb5 = 5.5360 × 10 3 kg/sbb = 5.3778 x 107 kg/s,=÷÷÷÷÷=5448910-3kg/s6=O.065炉kgs由实验表二可知粘性阻尼常量b较大。即在验证动量守恒时外力较大，故本实验原理可如下。阻尼常量在整个过程中引起外力，为尽量减少这一外力将气垫导轨倾斜一小角度b=tan未减少b的影响时做动量守恒实验的数据表：组数v2(ms)按选择键V1(ms)按执行键后按选择键v0(ms)11544.401407.4971228.50121571.091367.9171258.65331335.113375.1641061.57141556.420412.9671211.88751481.481386.1001182.73261542.420388.9531284.521由碰撞后动量与碰撞前动量之比：C=侬Lt色殳町匕。减少b的影响时动量之间的关系：组数V2(ms)按选择键片(ms)按执行键后按选择键vo11526.717353.9821182.73221491.424346.3201172.33231308.940322.7361000.57241490.312318.5721168.33451474.926313.9221181.33461546.790366.4341209.921由碰撞后动量与碰撞前动量之比：C=町%+1吗wVi0尸C1÷C2÷C3+C4+C5+C6QQ05。乂4。/C减b=U.yoZj=9o.3%C战b>C未减.主要误差来源：(1)由于系统本身存在不可防止的误差。(2)调节角度时存在误差。(3)记录数据的仪器有误差。九.实验结果讨论通过本实验进一步加深了对验证气垫导轨上碰撞动量守恒的理解，且通过对气垫导轨的小角度倾斜使外界阻力尽量较少，即尽量减少动量守恒实验过程中的“忽略外力:两组实验结果的比照说明，在尽量减少外界阻力的情况下，碰撞前后动量最接近理论上的守恒。参考文献：曾贻伟等普通物理实验教材。北京师范大学出版社。杨述武等普通物理实验。高等教育出版社。中学物理教师手册。上海教育出版社。
