Question

【題目】某同學利用氣墊導軌做“探究碰撞中的不變量”的實驗；氣墊導軌裝置如圖所示，所用的氣墊導軌裝置由導軌、滑塊、彈射架、光電門等組成．

下面是實驗的主要步驟：
①安裝好氣墊導軌，調節氣墊導軌的調節旋鈕，使導軌水平；
②向氣墊導軌通入壓縮空氣；
③接通光電計時器；
④把滑塊2靜止放在氣墊導軌的中間；
⑤滑塊1擠壓導軌左端彈射架上的橡皮繩；
⑥釋放滑塊1，滑塊1通過光電門1后與左側固定彈簧的滑塊2碰撞，碰后滑塊1和滑塊2依次通過光電門2，兩滑塊通過光電門后依次被制動；
⑦讀出滑塊通過兩個光電門的擋光時間分別為滑塊1通過光電門1的擋光時間△t1=10.01ms，通過光電門2的擋光時間△t2=49.99ms，滑塊2通過光電門2的擋光時間△t3=8.35ms；
⑧測出擋光片的寬度d=5mm，測得滑塊1（包括撞針）的質量為ml=300g，滑塊2（包括彈簧）質量為m2=200g；
數據處理與實驗結論：
①實驗中氣墊導軌的作用是
②碰撞前滑塊l的速度vl為 m/s；碰撞后滑塊1的速度v2為 m/s；滑塊2的速度v3為 m/s；（結果保留兩位有效數字）
③在誤差允許的范圍內，通過本實驗，同學們可以探究出哪些物理量是不變的？通過對實驗數據的分析說明理由．（至少回答2個不變量）．
a． b． ．

Answer 1

【答案】a、大大減小了因滑塊和導軌之間的摩擦而引起的誤差．b、保證兩個滑塊的碰撞是一維的；0.50；0.10；0.60；系統碰撞前后總動量不變；碰撞前后總動能不變
【解析】解：①a、大大減小了因滑塊和導軌之間的摩擦而引起的誤差．

b、保證兩個滑塊的碰撞是一維的．②滑塊1碰撞之前的速度v1= = =0.50m/s；

滑塊1碰撞之后的速度v2= = =0.10m/s；

滑塊2碰撞后的速度v3= = =0.60m/s；③a、系統碰撞前后總動量不變．

原因：系統碰撞之前的動量m1V1=0.15kgm/s 系統碰撞之后的動量m1V2+m2V3=0.15kgm/s

b．碰撞前后總動能不變．

原因：碰撞前的總動能Ek1=m1V12/2=0.0375J 碰撞之后的總動能Ek2=m1V22/s+m2V32/2=0.0375J，

所以碰撞前后總動能相等．

c．碰撞前后質量不變．

故本題答案為：①a、大大減小了因滑塊和導軌之間的摩擦而引起的誤差．b、保證兩個滑塊的碰撞是一維的．②0.50，0.10，0.60③a、系統碰撞前后總動量不變．b．碰撞前后總動能不變．c．碰撞前后質量不變．

（1）使用氣墊導軌使兩物塊只能沿導軌做直線運動，保證了兩物塊碰撞前后在同一條直線上做一維碰撞，同時氣墊導軌的使用減小了摩擦阻力，從而減小了實驗誤差．（2）滑塊的寬度除以滑塊通過光電門的時間等于滑塊通過光電門的速度．（3）由于發生彈性碰撞，故碰撞過程中動量守恒，動能守恒．