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．

⑴下面是實驗的主要步驟：
①安裝好氣墊導軌，調節(jié)氣墊導軌的調節(jié)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；
⑵數(shù)據(jù)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1的速度v1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(shù)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(shù)據(jù)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(tǒng)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(tǒng)碰撞前后總動量不變．

原因：系統(tǒng)碰撞之前的動量m1V1=0.15kgm/s 系統(tǒng)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(tǒng)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）本實驗的誤差主要來自于摩擦力，為了減小本實驗的誤差，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。
（2）因為滑塊通過光電門的時間極短，又沒滑塊做勻速直線運動，根據(jù)勻速直線運動公式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(fā)生彈性碰撞，故碰撞過程中動量守恒，動能守恒．