Question

利用圖（a）所示的裝置驗證動量守恒定律。在圖（a）中，氣墊導軌上有A、B兩個滑塊，滑塊A右側帶有一彈簧片，左側與打點計時器（圖中未畫出）的紙帶相連；滑塊B左側也帶有一彈簧片，上面固定一遮光片，光電計時器（未完全畫出）可以記錄遮光片通過光電門的時間。

實驗測得滑塊A 質量m₁=0.310kg，滑塊B的質量m₂=0.108kg，遮光片的寬度d=1.00cm；打點計時器所用的交流電的頻率為f=50H_Z。將光電門固定在滑塊B的右側，啟動打點計時器，給滑塊A一向右的初速度，使它與B相碰；碰后光電計時器顯示的時間為，碰撞前后打出的紙帶如圖（b）所示。

若實驗允許的相對誤差絕對值最大為5℅，本實驗是否在誤差范圍內驗證了動量守恒定律？寫出運算過程。

Answer 1

見解析。

解析試題分析：按定義，物體運動的瞬時速度大小v為：         ①
式中為物塊在很短時間內走過的路程，設紙帶上打出相鄰兩點的時間間隔為，則
②
可視為很短；設在A碰撞前后瞬時速度大小分別為v_0，v₁，將②式和圖給實驗數據代入①式可得： v₀=2.00m/s ③
v₁=0.970m/s ④
設B在碰撞后的速度大小為v₂，由①式有

代入題所給的數據可得：v₂=2.86m/s       ⑥
設兩滑塊在碰撞前后的動量分別為P和P^’，則
P=m₁v₀    ⑦
P^’=m₂v₁+m₂v₂         ⑧
兩滑塊在碰撞前后總動量相對誤差的絕對值為
        ⑨
聯立③④⑥⑦⑧⑨式并代入有關數據，可得： ⑩
因此，本實驗在允許的誤差范圍內驗證了動量守恒定律。
考點：驗證動量守恒定律。