(3) 更換兩個(gè)滑塊上的金屬?zèng)_擊器，重復(fù)上述測(cè)量和計(jì)算。 2、驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，能量增量為12(m?m'?me)(v2?v12)，重復(fù)測(cè)量五次，并自行準(zhǔn)備數(shù)據(jù)表。 （即將導(dǎo)軌一端墊至固定高度h，sin?h）動(dòng)量守恒定律的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)報(bào)告，重復(fù)上述測(cè)量。 3、實(shí)驗(yàn)原理：若機(jī)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(jī)械系統(tǒng)的總動(dòng)量守恒或在某一方向守恒，即?m ?ii=實(shí)驗(yàn)中使用的常數(shù) 兩個(gè)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(dòng)量守恒定律，有 m1v10?m2v20?m1v1?m2v2 (2) 對(duì)于完全彈性碰撞，需要兩個(gè)滑塊 碰撞裝置的碰撞表面有一個(gè)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(duì)于完全非彈性碰撞，碰撞面可用尼龍扣、橡皮泥或膩?zhàn)又瞥桑?對(duì)于一般的非彈性碰撞，一般的金屬如合金、鐵等，無(wú)論是哪種碰撞面，都必須保證是中心碰撞。 當(dāng)兩個(gè)滑塊在水平導(dǎo)軌上中心對(duì)中心碰撞時(shí)，忽略氣流阻力，不受任何其他水平外力的影響。 因此，由兩個(gè)滑塊組成的機(jī)械系統(tǒng)在水平方向上守恒動(dòng)量。 由于滑塊是一維移動(dòng)，所以式（2）中的向量v可以變?yōu)闃?biāo)量，方向由正負(fù)號(hào)決定。 如果與所選坐標(biāo)軸方向相同則取正號(hào)，否則取負(fù)號(hào)。 1、完全彈性碰撞的特點(diǎn)是碰撞前后動(dòng)量守恒，動(dòng)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(dòng)量損失率。 理論上動(dòng)量損失和能量損失為零，但在實(shí)驗(yàn)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(rèn)為是2。非彈性碰撞后，兩個(gè)滑塊粘在一起并以相同的速度移動(dòng)，這是完全非彈性碰撞。
在完全非彈性碰撞中，系統(tǒng)的動(dòng)量守恒，但動(dòng)能不守恒。 實(shí)驗(yàn)中，令v20=0，則有動(dòng)量損失率和動(dòng)能損失率為3。 一般非彈性碰撞 一般情況下，碰撞后，部分機(jī)械能會(huì)轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，機(jī)械能守恒在這種情況下不再適用。 牛頓總結(jié)了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出了碰撞定律：碰撞后兩個(gè)物體的分離速度與碰撞前兩個(gè)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(guò)實(shí)驗(yàn)確定的。 一般為0e1。 當(dāng)e=1時(shí)，為完全彈性碰撞； 當(dāng)e=0時(shí)，為完全非彈性碰撞。 4.驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。 如果一個(gè)機(jī)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(dòng)量守恒定律的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)報(bào)告，那么該系統(tǒng)的機(jī)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(guò)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(jī)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(guò)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(dāng)系統(tǒng)沒(méi)有非守恒力作用時(shí)，系統(tǒng)的機(jī)械能守恒。 但實(shí)驗(yàn)中存在空氣阻力、滑輪摩擦等耗散力，導(dǎo)致機(jī)械能損失。 但在一定誤差范圍內(nèi)，可以認(rèn)為機(jī)械能守恒。 四、實(shí)驗(yàn)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(mén)、游標(biāo)卡尺、米尺和光電計(jì)時(shí)裝置組成。
該實(shí)驗(yàn)儀器可用于進(jìn)行平均速度和瞬時(shí)速度、勻速直線運(yùn)動(dòng)研究、牛頓第二定律驗(yàn)證、完全非彈性碰撞、不完全彈性碰撞、重力勢(shì)能和平動(dòng)動(dòng)能等多種實(shí)驗(yàn)。氣墊導(dǎo)軌是一種以空氣為潤(rùn)滑劑、近似無(wú)摩擦的機(jī)械實(shí)驗(yàn)裝置。 導(dǎo)軌采用優(yōu)質(zhì)三角形鋁合金管制成，長(zhǎng)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(gè)向上的外表面鉆有許多小噴射孔。 壓縮空氣進(jìn)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(gè)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(gè)細(xì)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(mén)光電計(jì)時(shí)系統(tǒng)由光電門(mén)和數(shù)字毫秒表或電腦定時(shí)器組成。 光電門(mén)安裝在氣軌上，通過(guò)數(shù)字毫秒計(jì)或電腦定時(shí)器測(cè)量時(shí)間。 5、電腦定時(shí)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(fēng)量大、供氣穩(wěn)定、噪音低、可連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)等特點(diǎn)。 實(shí)驗(yàn)室一般使用小型氣源。 氣墊導(dǎo)軌的進(jìn)氣口用橡皮管與氣源相連。 進(jìn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(dòng)量守恒定律。 該值是通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量的。 當(dāng)e=1時(shí)，為完全彈性碰撞； 當(dāng)e=0時(shí)，為完全非彈性碰撞； 當(dāng)0e1時(shí)，為一般彈性碰撞。 誤差分析： 1、實(shí)驗(yàn)中，木塊滑動(dòng)時(shí)，受到一定的摩擦力，造成實(shí)驗(yàn)誤差。 2、另外，氣墊導(dǎo)軌可能沒(méi)有真正調(diào)平，導(dǎo)致部分重力做功，影響實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。 3、實(shí)驗(yàn)儀器的準(zhǔn)確度沒(méi)有達(dá)到要求。 七、思考題： 1、碰撞前后系統(tǒng)的總動(dòng)量不相等。 嘗試分析一下原因。 可能是氣墊導(dǎo)軌沒(méi)有真正調(diào)平，導(dǎo)致部分重力做功，影響實(shí)驗(yàn)精度，導(dǎo)致系統(tǒng)總動(dòng)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(lái)驗(yàn)證機(jī)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(gè)小球在靠近內(nèi)壁的弧形軌道最高點(diǎn)處自由落下。 兩個(gè)球放置在直線軌道上。 光電門(mén)用于根據(jù)時(shí)間差和距離測(cè)量速度v。 對(duì)于弧形軌道，將公式代入公式，計(jì)算比較重力勢(shì)能mgh的減少量和動(dòng)能增加量1/2mv^2。