Question

10．某同學(xué)利用氣墊導(dǎo)軌做“探究碰撞中的動(dòng)量變化規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)，氣墊導(dǎo)軌裝置如圖所示，所用的氣墊導(dǎo)軌裝置由導(dǎo)軌、滑塊、彈簧架、光電門等組成．

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)軌通人壓縮空氣；
③接通光電計(jì)時(shí)器
④把滑塊2靜止放在氣墊導(dǎo)軌的兩光電門之間
⑤滑塊1擠壓導(dǎo)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(cè)固定有彈簧的滑塊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(dòng)；
⑦讀出滑塊通過兩個(gè)光電門的擋光時(shí)間分別為滑塊1通過光電門1的擋光時(shí)間△t₁=10ms，通過光電門2的擋光時(shí)間△t₂=20ms，滑塊2通過光電門2的擋光時(shí)間△t₃=8ms；
⑧測(cè)出擋光片的寬度均為d=4mm，測(cè)得滑塊1（包括撞針）的質(zhì)量為m₁=400g，滑塊2（包括彈簧）質(zhì)量為m₂=160g；
請(qǐng)回答下列問題：
（1）實(shí)驗(yàn)中使用氣墊導(dǎo)軌，既能保證兩個(gè)滑塊的碰撞時(shí)一維的，又能減小滑塊和導(dǎo)軌之間的摩擦力，從而達(dá)到減小實(shí)驗(yàn)誤差的目的．
（2）碰撞前滑塊1的動(dòng)量p₀為0.16kg•m/s；碰撞前后滑塊1的動(dòng)量減少量△p為0.08kg•m/s；碰后滑塊2的動(dòng)能為0.02J．
（3）通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，在誤差允許的范圍內(nèi)，該同學(xué)探究出的碰撞前后的兩滑塊總動(dòng)量守恒（填“守恒”或“不守恒”），兩滑塊的碰撞是非彈性碰撞（填“彈性碰撞”或“非彈性碰撞”）．

Answer 1

分析 （1）明確氣墊導(dǎo)軌的應(yīng)用，知道其在實(shí)驗(yàn)中所起到的作用；
（2）根據(jù)平均速度公式可求得滑塊通過光電門時(shí)的速度，再根據(jù)動(dòng)量表達(dá)式可求得各自的動(dòng)量，根據(jù)動(dòng)能表達(dá)式可求得動(dòng)能；
（3）分別求出碰撞前后的動(dòng)量，明確動(dòng)量是否守恒；再根據(jù)碰撞前后動(dòng)能的變化分析碰撞性質(zhì)．

解答 解：（1）氣墊導(dǎo)軌可以保證兩個(gè)滑塊碰撞時(shí)是一維的，同時(shí)可以有效減小滑塊和導(dǎo)軌之間的摩擦力，從而達(dá)到減小實(shí)驗(yàn)誤差的目的；
（2）根據(jù)v=$\frac{x}{t}$可和，碰前滑塊1的速度為：v₁=$\frac93r7l37{△{t}_{1}}$=$\frac{4×1{0}^{-3}}{10×1{0}^{-3}}$=0.4m/s
則碰前的動(dòng)量為：P₁=mv₁=0.4×0.4=0.16kgm/s；
碰后滑塊1的速度為：v₂=$\fracx9l7nhz{△{t}_{2}}$=$\frac{4×1{0}^{-3}}{20×1{0}^{-3}}$=0.2m/s；
則碰后滑塊1的動(dòng)量為：P₁'=m₁v₂=0.4×0.2=0.08kgm/s；
故滑塊1動(dòng)量的改變量大小為：△p=0.16-0.08=0.08kgm/s；
碰后滑塊2的速度為：v₃=$\fracb9l5vdj{△{t}_{3}}$=$\frac{4×1{0}^{-3}}{8×1{0}^{-3}}$=0.5m/s；
動(dòng)能為：E_K2=$\frac{1}{2}$m₂v₂²=$\frac{1}{2}$×0.16×0.25=0.02J；
（3）根據(jù)以上計(jì)算可知，碰前總動(dòng)量為：P₁=0.16kgm/s
碰后總動(dòng)量為：P₂=m₁v₂+m₂v₃=0.4×0.2+0.16×0.5=0.16kgm/s；
碰撞前后動(dòng)量相同，故說明總動(dòng)量守恒；由于碰撞前滑塊1的動(dòng)能為：
E_K1=$\frac{1}{2}$m₁v₁²=$\frac{1}{2}$×0.4×0.16=0.032J；
碰后總動(dòng)能為：E₂=$\frac{1}{2}$m₁v₂²+E_K2=$\frac{1}{2}$×0.4×0.04+0.02=0.028J
故說明碰后的機(jī)械能減小，應(yīng)為非彈性碰撞；
故答案為：（1）滑塊和導(dǎo)軌之間的摩擦力；（2）0.16；0.08；0.02；（3）守恒；非彈性碰撞．

點(diǎn)評(píng) 本題考查驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)，要注意明確實(shí)驗(yàn)原理，知道本實(shí)驗(yàn)中采用光電門測(cè)量速度的方法，同時(shí)明確當(dāng)碰后動(dòng)能減小時(shí)為非彈性碰撞，而動(dòng)能不變時(shí)為彈性碰撞．