Question

12．某同學(xué)利用打點計時器和氣墊導(dǎo)軌做“探究碰撞中的不變量”的實驗，氣墊導(dǎo)軌裝置如圖甲所示，所用的氣墊導(dǎo)軌裝置由導(dǎo)軌、滑塊、彈射架等組成．在空腔導(dǎo)軌的兩個工作面上均勻分布著一定數(shù)量的小孔，向?qū)к壙涨粌?nèi)不斷通入壓縮空氣，壓縮空氣會從小孔中噴出，使滑塊穩(wěn)定地漂浮在導(dǎo)軌上，如圖乙所示，這樣就大大減小了因滑塊和導(dǎo)軌之間的摩擦而引起的誤差．

（1）下面是實驗的主要步驟：
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)軌通入壓縮空氣； 
③把打點計時器固定在緊靠氣墊導(dǎo)軌左端彈射架的外側(cè)，將紙帶穿過打點計時器越過彈射架并固定在滑塊1的左端，調(diào)節(jié)打點計時器的高度，直至滑塊拖著紙帶移動時，紙帶始終保持水平； 
④滑塊1擠壓導(dǎo)軌左端彈射架上的橡皮繩； 
⑤把滑塊2放在氣墊導(dǎo)軌的中間； 
⑥先接通打點計時器的電源，然后放開紙帶，讓滑塊帶動紙帶一起運動； 
⑦取下紙帶，重復(fù)步驟④⑤⑥，選出較理想的紙帶如圖丙所示； 
⑧測得滑塊1（包括撞針）的質(zhì)量為310g，滑塊2（包括橡皮泥）的質(zhì)量為205g．
（2）已知打點計時器每隔0.02s打一個點，計算可知，兩滑塊相互作用前質(zhì)量與速度的乘積之和為0.620kg•m/s；兩滑塊相互作用以后質(zhì)量與速度的乘積之和為0.618kg•m/s（結(jié)果均保留三位有效數(shù)字）．

Answer 1

分析 使用打點計時器時，先接通電源后釋放紙帶；本實驗為了驗證動量守恒定律設(shè)置滑塊在氣墊導(dǎo)軌上碰撞，用打點計時器紙帶的數(shù)據(jù)測量碰前和碰后的速度，計算前后的動量，多次重復(fù)，在實驗誤差允許的范圍內(nèi)相等，則動量守恒定律得到驗證．

解答 解：（1）使用打點計時器時，先接通電源后釋放紙帶，所以先接通打點計時器的電源，后放開滑塊1；
（2）放開滑塊1后，滑塊1做勻速運動，跟滑塊2發(fā)生碰撞后跟2一起做勻速運動，根據(jù)紙帶的數(shù)據(jù)得：
碰撞前滑塊1的動量為：${P}_{1}={m}_{1}{v}_{1}=0.310×\frac{0.2}{0.1}=0.620$kg•m/s，滑塊2的動量為零，所以碰撞前的總動量為0.620kg•m/s
碰撞后滑塊1、2速度相等，所以碰撞后總動量為：
$（{m}_{1}+{m}_{2}）{v}_{2}=（0.310+0.205）×\frac{0.168}{0.14}$=0.618kg•m/s
（3）結(jié)果不完全相等是因為紙帶與打點計時器限位孔有摩擦力的作用．
故答案為：（1）接通打點計時器的電源；放開紙帶；（2）0.620；0.618

點評 本題要注意打點計時器的使用方法，知道氣墊導(dǎo)軌要水平才能滿足動量守恒．這是一道基礎(chǔ)實驗題．