Question

3．某同學(xué)利用打點(diǎn)計時器和氣墊導(dǎo)軌做“探究碰撞中的不變量”的實(shí)驗(yàn)，氣墊導(dǎo)軌裝置如圖1甲表示，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1乙所示，這樣就大大減小因滑塊和導(dǎo)軌之間的摩擦而引起的誤差．

（1）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)軌通入壓縮空氣；
③把打點(diǎn)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(diǎn)計時器越過彈射架并固定在滑塊1的左端，調(diào)節(jié)打點(diǎn)計時器的高度，直至滑塊拖著紙帶移動時，紙帶始終在水平方向；
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先開電源，然后釋放滑塊1，讓滑塊帶動紙帶一起運(yùn)動；
⑦取下紙帶，重復(fù)步驟④⑤⑥，選出較理想的紙帶如圖2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．試完善實(shí)驗(yàn)步驟⑥的內(nèi)容．
（2）已知打點(diǎn)計時器每隔0.02s打一個點(diǎn)，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0.618 kg•m/s（保留三位有效數(shù)字）．
（3）試說明（2）問中兩結(jié)果不完全相等的主要原因是紙帶與打點(diǎn)計時器限位孔有摩擦力的作用．

Answer 1

分析 （1）明確在使用打點(diǎn)計時器時，先接通電源后釋放紙帶；
（2）本實(shí)驗(yàn)為了驗(yàn)證動量守恒定律設(shè)置滑塊在氣墊導(dǎo)軌上碰撞，用打點(diǎn)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；
（3）明確實(shí)驗(yàn)中誤差存在的原因，知道在誤差允許的范圍內(nèi)可驗(yàn)證動量守恒．

解答 解：（1）⑥使用打點(diǎn)計時器時，先接通電源后釋放紙帶，所以先接通打點(diǎn)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(yùn)動，跟滑塊2發(fā)生碰撞后跟2一起做勻速運(yùn)動，根據(jù)紙帶的數(shù)據(jù)得：
碰撞前滑塊1的動量為：p₁=m₁v₁=0.310×$\frac{0.2}{0.1}$=0.620kg•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：（m₁+m₂）v₂=（0.310+0.205）×$\frac{0.168}{0.14}$=0.618kg•m/s
（3）結(jié)果不完全相等是因?yàn)榧垘�與打點(diǎn)計時器限位孔有摩擦力的作用．
故答案為：（1）⑥接通打點(diǎn)計時器的電源；放開滑塊1；（2）0.620；0.618；（3）紙帶與打點(diǎn)計時器限位孔有摩擦力的作．

點(diǎn)評 本題要注意打點(diǎn)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，同時注意動量守恒中應(yīng)排除空氣阻力和摩擦阻力的影響，因此在誤差允許的范圍內(nèi)相等即可．