(3) 更換兩個滑塊上的金屬沖擊器，重復(fù)上述測量和計算。 2、驗證機械能守恒定律，能量增量為12(m?m'?me)(v2?v12)，重復(fù)測量五次，并自行準備數(shù)據(jù)表。 （即將導(dǎo)軌一端墊至固定高度h，sin?h）動量守恒定律的驗證實驗報告，重復(fù)上述測量。 3、實驗原理：若機械系統(tǒng)所受的總外力為零或某一方向的總外力為零，則機械系統(tǒng)的總動量守恒或在某一方向守恒，即?m ?ii=實驗中使用的常數(shù) 兩個質(zhì)量為 m1 和 m2 的滑塊發(fā)生碰撞（圖 4.1.2-1）。 如果忽略氣流阻力，根據(jù)動量守恒定律，有 m1v10?m2v20?m1v1?m2v2 (2) 對于完全彈性碰撞，需要兩個滑塊 碰撞裝置的碰撞表面有一個由彈簧組成的緩沖器具有良好的彈性。 我們可以用鋼圈作為完全彈性的碰撞裝置； 對于完全非彈性碰撞，碰撞面可用尼龍扣、橡皮泥或膩子制成； 對于一般的非彈性碰撞，一般的金屬如合金、鐵等，無論是哪種碰撞面，都必須保證是中心碰撞。 當兩個滑塊在水平導(dǎo)軌上中心對中心碰撞時，忽略氣流阻力，不受任何其他水平外力的影響。 因此，由兩個滑塊組成的機械系統(tǒng)在水平方向上守恒動量。 由于滑塊是一維移動，所以式（2）中的向量v可以變?yōu)闃肆浚较蛴烧撎枦Q定。 如果與所選坐標軸方向相同則取正號，否則取負號。 1、完全彈性碰撞的特點是碰撞前后動量守恒，動能也守恒。 即碰撞后的速度可由(3)、(4)求得。 如果v20=0，則存在能量損失的動量損失率。 理論上動量損失和能量損失為零，但在實驗中，由于空氣阻力和氣墊導(dǎo)軌本身的影響，不可能完全為零，但在一定誤差范圍內(nèi)可以認為是2。非彈性碰撞后，兩個滑塊粘在一起并以相同的速度移動，這是完全非彈性碰撞。
在完全非彈性碰撞中，系統(tǒng)的動量守恒，但動能不守恒。 實驗中，令v20=0，則有動量損失率和動能損失率為3。 一般非彈性碰撞 一般情況下，碰撞后，部分機械能會轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，機械能守恒在這種情況下不再適用。 牛頓總結(jié)了實驗結(jié)果，提出了碰撞定律：碰撞后兩個物體的分離速度與碰撞前兩個物體的接近速度成正比。 該比值稱為恢復(fù)系數(shù)，恢復(fù)系數(shù)e由碰撞物體的材質(zhì)決定。 E值是通過實驗確定的。 一般為0e1。 當e=1時，為完全彈性碰撞； 當e=0時，為完全非彈性碰撞。 4.驗證機械能守恒定律。 如果一個機械系統(tǒng)只有保守力做功，其他內(nèi)力和所有外力都不做功動量守恒定律的驗證實驗報告，那么該系統(tǒng)的機械能是守恒的。 如圖4.1.2-2所示，在氣墊導(dǎo)軌一端加墊塊，使導(dǎo)軌與水平面形成角度α。 用繩子將質(zhì)量為 m 的重物通過滑輪連接到質(zhì)量為 m' 的滑塊上。 滑輪的等效質(zhì)量是我。 根據(jù)機械能守恒定律，重物m下落的距離是存在的。 v1和v2分別是滑塊經(jīng)過距離s的起始速度和結(jié)束速度。 如果導(dǎo)軌水平調(diào)整，當系統(tǒng)沒有非守恒力作用時，系統(tǒng)的機械能守恒。 但實驗中存在空氣阻力、滑輪摩擦等耗散力，導(dǎo)致機械能損失。 但在一定誤差范圍內(nèi)，可以認為機械能守恒。 四、實驗儀器及使用方法： 1、氣墊導(dǎo)軌裝置主要由氣軌、氣源、滑塊、光柵、光電門、游標卡尺、米尺和光電計時裝置組成。
該實驗儀器可用于進行平均速度和瞬時速度、勻速直線運動研究、牛頓第二定律驗證、完全非彈性碰撞、不完全彈性碰撞、重力勢能和平動動能等多種實驗。氣墊導(dǎo)軌是一種以空氣為潤滑劑、近似無摩擦的機械實驗裝置。 導(dǎo)軌采用優(yōu)質(zhì)三角形鋁合金管制成，長約2m，坡度寬度約7cm，管腔約18.25cm。 一端密封，另一端充滿壓縮空氣。 鋁管的兩個向上的外表面鉆有許多小噴射孔。 壓縮空氣進入管腔后，從小孔中噴出。 導(dǎo)軌一端裝有滑輪，導(dǎo)軌兩端裝有緩沖彈簧。 整個導(dǎo)軌安裝在工字鋼上。 梁下有三尺。 調(diào)整地腳螺絲，使氣墊保持水平。 2、滑塊和遮光罩滑塊采用特殊人字形鋁合金制成，帶有五個細螺紋槽，方便各種配件的安裝。 下表面與氣軌相匹配，碰撞中心位于質(zhì)心平面。 光柵的結(jié)構(gòu)分為兩種：矩形。 3、滑塊接觸面不同，碰撞效果也不同。 4、光電門光電計時系統(tǒng)由光電門和數(shù)字毫秒表或電腦定時器組成。 光電門安裝在氣軌上，通過數(shù)字毫秒計或電腦定時器測量時間。 5、電腦定時器氣源是向氣墊導(dǎo)軌腔內(nèi)輸送壓縮空氣的裝置。 要求氣源具有風量大、供氣穩(wěn)定、噪音低、可連續(xù)運轉(zhuǎn)等特點。 實驗室一般使用小型氣源。 氣墊導(dǎo)軌的進氣口用橡皮管與氣源相連。 進入導(dǎo)軌的壓縮空氣是從導(dǎo)軌表面的小孔噴出，從而提升滑塊，提升高度一般在0.1mm以上。
5、實驗數(shù)據(jù)記錄與處理： 1、完全彈性碰撞： 2、一般非彈性碰撞： 3、完全非彈性碰撞： 6、實驗結(jié)果及誤差分析： 結(jié)果：在允許誤差范圍內(nèi)，三類碰撞基本一致與動量守恒定律。 該值是通過實驗測量的。 當e=1時，為完全彈性碰撞； 當e=0時，為完全非彈性碰撞； 當0e1時，為一般彈性碰撞。 誤差分析： 1、實驗中，木塊滑動時，受到一定的摩擦力，造成實驗誤差。 2、另外，氣墊導(dǎo)軌可能沒有真正調(diào)平，導(dǎo)致部分重力做功，影響實驗的準確性。 3、實驗儀器的準確度沒有達到要求。 七、思考題： 1、碰撞前后系統(tǒng)的總動量不相等。 嘗試分析一下原因。 可能是氣墊導(dǎo)軌沒有真正調(diào)平，導(dǎo)致部分重力做功，影響實驗精度，導(dǎo)致系統(tǒng)總動量不守恒。 2、回收系數(shù)e的大小取決于哪些因素？ 恢復(fù)系數(shù)e的大小取決于碰撞接觸面的特性和碰撞物體的材料。 3.你能想出其他方法來驗證機械能守恒嗎？ 它由平滑連接的1/4半徑R弧形軌道和直線軌道組成。 要求軌道大致光滑。 另一個小球在靠近內(nèi)壁的弧形軌道最高點處自由落下。 兩個球放置在直線軌道上。 光電門用于根據(jù)時間差和距離測量速度v。 對于弧形軌道，將公式代入公式，計算比較重力勢能mgh的減少量和動能增加量1/2mv^2。
