Question

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．

（l）下面是實驗的主要步驟：
①安裝好氣墊導軌，調(diào)節(jié)氣墊導軌的調(diào)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(zhì)量為m_l=300g，滑塊2（包括彈簧）質(zhì)量為m₂=200g；
（2）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l的速度v_l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(nèi)，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

分析：（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(fā)生彈性碰撞，故碰撞過程中動量守恒，動能守恒．

解答：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=

d

△t1

=

5×10-3

10.01

=0.50m/s；
 滑塊1碰撞之后的速度v₂=

d

△t2

=

5×10-3

0.0499

=0.10m/s；  
滑塊2碰撞后的速度v₃=

d

△t3

=

5×10-3

8.35×10-3

=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E_k1=m₁V₁²/2=0.0375J   碰撞之后的總動能E_k2=m₁V₂²/s+m₂V₃²/2=0.0375J，
所以碰撞前后總動能相等．
c．碰撞前后質(zhì)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． 
②0.50，0.10，0.60
③a、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(zhì)量不變．

點評：掌握了實驗原理即可順利解決此類題目．