(1)在彈性限度內(nèi),彈簧彈力的大小與彈簧伸長(zhǎng)(或縮短)的長(zhǎng)度的比值,叫做彈簧的勁度系數(shù).為了測(cè)量一輕彈簧的勁度系數(shù),某同學(xué)進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì):如圖所示,將兩平行金屬導(dǎo)軌水平固定在豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,金屬桿ab與導(dǎo)軌接觸良好,水平放置的輕彈簧一端固定于O點(diǎn),另一端與金屬桿連接并保持絕緣.在金屬桿滑動(dòng)的過(guò)程中,彈簧與金屬桿、金屬桿與導(dǎo)軌均保持垂直,彈簧的形變始終在彈性限度內(nèi),通過(guò)減小金屬桿與導(dǎo)軌之間的摩擦和在彈簧形變較大時(shí)讀數(shù)等方法,使摩擦對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響可忽略不計(jì).
請(qǐng)你按要求幫助該同學(xué)解決實(shí)驗(yàn)所涉及的兩個(gè)問(wèn)題.
①幫助該同學(xué)完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì).請(qǐng)你用低壓直流電源(
)、滑動(dòng)變阻器(
)、電流表(
)、開(kāi)關(guān)(
)設(shè)計(jì)一電路圖,畫(huà)在圖中虛線框內(nèi),并正確連在導(dǎo)軌的C、D兩端.
②若已知導(dǎo)軌間的距離為d,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,正確連接電路后,閉合開(kāi)關(guān),使金屬桿隨擋板緩慢移動(dòng),當(dāng)移開(kāi)擋板且金屬桿靜止時(shí),測(cè)出通過(guò)金屬桿的電流為I
1,記下金屬桿的位置,斷開(kāi)開(kāi)關(guān),測(cè)出彈簧對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度為x
1;改變滑動(dòng)變阻器的阻值,再次讓金屬桿靜止時(shí),測(cè)出通過(guò)金屬桿的電流為I
2,彈簧對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度為x
2,則彈簧的勁度系數(shù)k=
.
(2)氣墊導(dǎo)軌(如圖甲)工作時(shí),空氣從導(dǎo)軌表面的小孔噴出,在導(dǎo)軌表面和滑塊內(nèi)表面之間形成一層薄薄的空氣層,使滑塊不與導(dǎo)軌表面直接接觸,大大減小了滑塊運(yùn)動(dòng)時(shí)的阻力.為了驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律,在水平氣墊導(dǎo)軌上放置兩個(gè)質(zhì)量均為a的滑塊,每個(gè)滑塊的一端分別與穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶相連,兩個(gè)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率均為b.氣墊導(dǎo)軌正常工作后,接通兩個(gè)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源,并讓兩滑塊以不同的速度相向運(yùn)動(dòng),兩滑塊相碰后粘在一起繼續(xù)運(yùn)動(dòng).圖乙為某次實(shí)驗(yàn)打出的、點(diǎn)跡清晰的紙帶的一部分,在紙帶上以同間距的6個(gè)連續(xù)點(diǎn)為一段劃分紙帶,用刻度尺分別量出其長(zhǎng)度s
1、s
2和s
3.若題中各物理量的單位均為國(guó)際單位,那么,碰撞前兩滑塊的動(dòng)量大小分別為
、
,兩滑塊的總動(dòng)量大小為
;碰撞后兩滑塊的總動(dòng)量大小為
.重復(fù)上述實(shí)驗(yàn),多做幾次.若碰撞前、后兩滑塊的總動(dòng)量在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)相等,則動(dòng)量守恒定律得到驗(yàn)證.