實驗二：在氣墊跑道上驗證動量守恒定律 動量是描述物體運動的一個非常重要的物理量，動量守恒定律是人們發現的最早的守恒定律，如果一個系統不受外力作用或外力的矢量和為零，那么系統的總動量保持不變，這個結論就叫做動量守恒定律。 動量守恒定律是自然界最重要、最普遍的守恒定律之一，它既適用于宏觀物體，也適用于微觀粒子；既適用于低速運動的物體，也適用于高速運動的物體。動量守恒定律、能量守恒定律、角動量守恒定律都是普遍的自然規律。當微觀粒子高速運動（速度接近光速）時，牛頓定律就不再適用了，但上述定律仍然適用。在現代物理研究中，動量守恒定律已經成為一條重要的基本定律，它是一個實驗定律，也可以由牛頓第三定律、動量定律推導出來。 實驗目的1、驗證彈性碰撞與完全非彈性碰撞的動量守恒定律。實驗儀器：QDG-1型氣墊導軌實驗裝置一套、JMS-1型計時計數測速儀一臺（實驗前請仔細閱讀附錄1、附錄2中相應的使用說明書）。實驗原理：在水平導軌上放置兩個滑塊，將兩個滑塊看作一個系統，水平方向不受外力，碰撞前后兩個滑塊的總動量應保持不變。設兩個滑塊的質量分別為M和M，碰撞前的速度分別為V和1 21 V，碰撞后的速度分別為V ′和V ′。 根據動量守恒定律，可得： 212M V +MV =MV ′+MV ′1 1 2 2 1 1 2 2 只要測得碰撞前后兩滑塊的速度，并稱量其質量，就可驗證動量守恒定律。
實驗內容 1、彈性碰撞 1.1實驗裝置見圖1 彈射器 VAG 光電門支架 G 滑軌 VB 彈射器 12 圖6 圖1 彈性碰撞實驗裝置示意圖 《圖6》 1.2在導軌安裝滑輪端安裝彈射架，將兩只光電門分別放置在導軌30cm、80cm處，調整導軌水平； 1.3在兩塊滑軌上分別安裝1cm遮光片，在滑軌兩端安裝彈性架M。 1 1.4用天平分別稱出兩塊滑軌的質量M、M； 1 2 1.5在“碰撞”檔位中選擇定時器功能，讓兩塊滑軌分別放置在導軌兩端，作為運動起點。 用手同時推動兩個滑塊，使它們相向運動驗證角動量守恒定律，分別通過兩個光電門中間發生碰撞，碰撞后，它們向相反方向運動，再次分別通過兩個光電門。此時計時器會自動測量4個時間t，t′，t，t′1 1 2 2（詳見數字計時器J0201-CC或J0201-CHJ的使用說明書）。1.6計算碰撞前后兩個滑塊通過兩個光電門時對應的速度V，V′，V，V′。1 1 2 2 1.7將以上測得的速度和計算出的滑塊質量代入公式（4.1）計算，在誤差范圍內，公式MV+MV=MV′+MV′成立，驗證了動量守恒定律。 1 1 2 2 1 1 2 2 2.完全非彈性碰撞 2.1實驗裝置 見圖2 GV扣 GVB彈射器 1光電門支架 A=02滑塊 圖2 完全非彈性碰撞實驗裝置示意圖 圖7 《圖7》 2.2在軌道兩端安裝彈射器，將光電門分別放置在距離軌道30cm和80cm處，并調整軌道至水平。
2.3 在每個滑塊的一端裝上1cm厚的遮光片及扣環。2.4 用天平稱量兩個滑塊的質量M和M。2.5 在“間隔計時”檔位中選擇計時功能，將一個滑塊M放置在導軌中間并保持靜止（即兩個光電門之間），將另一個滑塊M放置在導軌的進氣端。用手將滑塊M向滑塊M方向推。通過其中一個光電門后，自動計時。與滑塊M發生完全非彈性碰撞后，兩個滑塊繼續向同一方向運動，通過另一個光電門，自動計時。立即用手輕輕停止滑塊移動。2.6 計算兩個滑塊在完全非彈性碰撞前后通過光電門時對應的V和V速度。 1 2 2.7 通過以上測量與計算可知，完全非彈性碰撞前滑塊總動量為MV，完全非彈性碰撞后滑塊總動量為 1 1 (M+M)V，在誤差范圍內，公式 MV=(M+M)V 成立，驗證了動量守恒定律。 1 2 21 1 1 2 2 思考問題 1、結合實際情況，實驗中造成測量誤差的主要因素有哪些？ 2、請說明動量守恒定律的條件？請舉例說明動量守恒定律的實際應用？ 附錄1 QDG-1 型氣墊導軌使用說明書 使用前請務必仔細閱讀使用說明書。 1、概述 氣墊導軌是采用氣墊原理工作的。 它是用微聲氣泵將壓縮空氣泵入導軌腔體，再從導軌表面按一定規律分布的許多小孔中噴出，在導軌平面與滑塊內表面之間形成一層薄薄的空氣層——氣墊。滑塊被氣墊頂起，懸浮在導軌上。滑塊在氣軌表面運動過程中，只受到很小的空氣粘性阻力，能量損失極小。因此，滑塊的運動可以近似地看作是無摩擦阻力的運動。
它大大減少了力學實驗中由于摩擦而引起的誤差，使實驗結果基本接近理論值，提高了實驗精度，使實驗現象真實直觀，實驗效果明顯，易于學生接受。氣墊導軌與計時器、微聲氣泵配合使用，可以定量測量各種力學量，驗證力學規律，是教師演示和學生小組實驗的理想儀器。2、技術性能1、導軌工作面：QDG-2-1.2型長度；QDG-2-1.5型長度；QDG-2-2.0型長度；2、導軌在縱向垂直平面內的直線度：全長≤0.10mm；任意400mm長度≤±0.05mm；3、導軌工作面的角度：90°+0.1°； 4.導軌工作面表面粗糙度：Ra3.2 5.導軌節距：QDG-2-1.2型：600mm；QDG-2-1.5型：800mm；QDG-2-2.0型：。6.噴氣孔直徑：0.8mm；7.導軌進氣口外徑：φ30mm；8.滑塊：QDG-2-1.2型：長度121mm，質量約155g；QDG-2-1.5型：長度156mm，質量約200g；QDG-2-2.0型：長度242mm驗證角動量守恒定律，質量約310g；9.滑塊浮動高度：在氣體壓力不小于5.8kPa和最大負載質量不小于滑塊質量的3倍的條件下，不小于0.10mm； 10、工作環境溫度：0℃～40℃；11、相對濕度：不大于90%RH；12、所需氣源壓力：不小于5.8kPa。
三、儀器特點、結構及附件 1、導軌是氣墊導軌的主體，采用優質合金鋁型材制成，重量輕，機械強度高，特殊的結構設計增加了其機械強度，長期使用不易變形，其直線度在出廠前經過精密加工保證。 2、導軌兩端的插頭為可拆卸式，方便清理導軌內腔。 3、導軌兩側可安裝光電閘門，方便學生觀察實驗現象。見“圖1”。 4、儀器實驗附件結構見“表1”。 4、使用、維護及保養說明 1、氣墊導軌的附件較多，安裝前必須仔細閱讀說明書和圖1，了解各附件的用途及安裝位置。 2、氣墊導軌實驗精度高，應使用穩定、平整的實驗臺放置儀器。 安放時先用兩顆螺釘將調平架緊固在導軌底部。滑輪一端伸出工作臺，方便實驗，另一端通過波紋管與氣源連接。在導軌支撐腳下放置腳墊，腳墊平整的一面貼在工作臺上，腳墊尖頭和調平螺釘置于凹槽內。3、滑輪安裝在導軌前端的擋料板上，使用前應適當調整軸尖，使滑輪轉動靈活，并加少許鐘表油潤滑。4、接通電源、導軌與氣源，讓空氣進入導軌內腔，然后用手指貼在導軌工作面上，逐一檢查氣孔是否通暢。 如有氣孔堵塞，可用φ0.5mm鋼絲針排除堵塞物，確保各氣孔通暢。為避免實驗受震動影響，氣源應遠離實驗臺。
5、有些實驗中，滑塊需反復從同一位置開始移動，可利用起始擋板定位。6、實驗中滑塊滑動速度不宜過小或過大，速度在50cm/s左右為宜。螺釘0件2x輕型4M塊-2釘框螺釘調平碼節調整重物調平水塞端右板腳腳塊支撐單墊1升降圖框導軌支撐導門電動尺光標裝置行程滑板彈丸桶碼重物塞端輪左滑板。7. 圖1 框架件桶形支撐輕碼門塊配重框架電動支撐輕碼門電動輕扣板彈簧彈簧輪輕型彈性滑塊子鉤塊減振碼碼高腳框架掛鉤配重墊塊墊板支撐板吊門塊電動啟動輕型升降板塊輪碼碼啟動滑動配重重物升降02×4M-4墊腳及墊高塊彈簧01×4M-4裝置射扣鉤彈性吊子減振01×鉤裝置4代M代射扣配重6配重螺栓螺絲角6附件盒布置7、用彈射器進行彈性碰撞實驗。作完全非彈性碰撞實驗，將附件中的扣板分別安裝在兩滑塊上，碰撞時，兩滑塊通過扣板滑動，共同移動。8、導軌、滑塊工作面的直線度精度要求較高，因此在運輸、安裝和使用過程中，嚴禁磕碰、重壓、沖擊。 導軌在未通氣前，嚴禁用滑塊沿軌面滑動、摩擦，防止損壞工作面。9、每次實驗后應用干凈軟布將導軌、滑塊工作面擦拭干凈。存放時最好將導軌垂直懸掛，不得放置在潮濕的地方或有腐蝕性氣體的地方。五、實驗方法1、氣墊導軌是物理力學教學中師生不可缺少的實驗儀器，配有上海世博實業有限公司生產的各類智能計時計數器和低噪音氣泵。