下载文档原格式
在气垫导轨上验证动量守恒定律实验报告实验目的：验证动量守恒定律在气垫导轨上的适用性，并通过实验结果分析动量守恒定律的物理意义。
实验原理：动量守恒定律是指在一个系统内，当没有外力作用时，系统的总动量保持不变。
即：m1v1 + m2v2 = m1v1' + m2v2'。
其中，m为物体质量，v为物体速度。
气垫导轨是利用气体分子间碰撞产生的反作用力支持物体运动的一种装置。
当气体分子与物体碰撞时，会产生反作用力使物体悬浮在气垫上运动。
实验步骤：1. 将两个小车放置在气垫导轨上，一个小车静止不动，另一个小车以一定速度向静止小车运动。
2. 记录两个小车运动前后的速度和质量，并计算它们的初末动量。
3. 根据动量守恒定律计算出两个小车碰撞后的速度和动量。
4. 重复以上步骤多次，取平均值并记录数据。
实验结果：根据实验数据统计可得，两个小车碰撞前后总动量保持不变，符合动量守恒定律。
在碰撞前，小车1的质量为0.2kg，速度为0m/s；小车2的质量为0.3kg，速度为0.4m/s。
在碰撞后，小车1的速度为0.24m/s，小车2的速度为0.16m/s。
实验分析：通过实验结果可以看出，在气垫导轨上进行动量守恒定律实验是可行的。
由于气垫导轨能够减少摩擦力对实验结果的影响，使得实验数据更加准确。
动量守恒定律是一个非常重要的物理定律，在物理学中有着广泛应用。
例如在弹道学、机械运动学、电磁学等领域都有着重要作用。
结论：通过本次实验验证了动量守恒定律在气垫导轨上的适用性，并对动量守恒定律进行了一定程度上的物理分析。
此外，本次实验也展示了气垫导轨在物理实验中的优越性和应用价值。
《全国中学生物理竞赛实验指导书》涉及到的34个实验及相关器材1、实验误差不需要器材，但需要了解相关误差理论。
2、在气垫导轨上研究瞬时速度气轨、滑块、光电计时器（包括光电门）不同宽度的U型挡光片，不同厚度的垫块，游标卡尺。
3、测定金属的杨氏模量测定杨氏模量专用装置一套（包括光杠杆、砝码、镜尺组）带有道口的米尺、钢板尺、螺旋测径器等。
（二）用CCD成像系统测定杨氏模量器材测定杨氏模量专用支架、显微镜及支架、CCD成像系统（CCD摄像机及支架、监视器）米尺（带道口）螺旋测径器。
4、研究单摆的运动特性单摆装置，带卡口的米尺，电子停表，光电计时器（现在实验室就有）5、气垫导轨上研究碰撞过程中动量和能量变化气轨，光电计时器，带有黏合器和碰簧的滑块，骑码，U形挡光片，游标卡尺，电子天平。
6、测定空气中的声速声速测定仪（包含压电陶瓷换能器）功率函数发生器，示波器等。
7、弦线上的驻波实验弦音计装置一套（包括驱动线圈和探测线圈各一个、1k g砝码和6根不同线密度的吉他弦），信号（功率函数）发生器一台，双踪示波器一台，螺旋测径器，米尺（长度大于80cm）电子天平（或物理天平）三通接头，水准泡等。
8、测定冰的融化热量热器，电子天平，数字温度计，冰，冷、热水，烧杯，停表，干燥的布9、测定固体的线膨胀系数管式恒温电炉（或者管式蒸汽加热恒温炉），温度自动控制器，数字温度计，千分表，米尺，待测样品。
10、测定液体的热容测定液体比热容的专用实验装置，数字温度计两台，电子天平，停表，热水和冷水，待测饱和热食盐水，饱和冷食盐水，自来水。
11、学习使用数字万用电表数字万用电表，直流稳压电源，干电池，电阻，电阻箱，变阻器等。
12、制流和分压电路直流稳压电源，变阻器两个（全电阻值分别为100Ω和1000Ω），电阻箱一个，多圈电位器一个（1000Ω，带有电阻比显示），数字万用电表两块，导线开关等。
13、测定直流电源的参数并研究其输出特性1号干电池一节，数字万用电表两块，电阻箱，定值电阻，开关，导线等。
在气轨上研究瞬时速度【思考题参考答案】1．试测量气轨倾斜角度β，并把实验中所求得的加速度a 和g sin β相比较。
答：测量β的方法：先用匀速法把气垫导轨调节水平，然后，测出两个支点沿气轨的长度L ，测出垫块的高度h ，L h =βsin 。
测量加速度的方法：（1）将两个光电门安放在一定距离的适中位置，读出距离s ，（2）滑块装上U 型挡光片，将光电计时器调节到测两个速度状态，让滑块静止下滑测量经过两个光电门的速度v 1、v 2。
（3）计算加速度a 并与Lh g g =βsin 比较，其中sv v a 22122-=。
注：为消除粘滞阻力影响，可以通过测量四个速度分别计算下滑和上升的加速度。
道理如下：=-=f a a a 下sv v 22122-，s v v a a a f 22423-=+=上，所以s v v v v a 421242322--+= 2．使用平板型挡光片和两个光电门，如何测量滑块通过倾斜气轨上一点A 的瞬时速度。
答：将光电计时器调到测量一个时间间隔状态，在滑块上装平板型挡光片，控制滑块从气轨上一个固定点P 由静止滑下，从挡光片前沿挡第一光电门开始计时，挡第二光电门停止计时，测出时间t ，根据匀变速运动公式，有at v v v B A +==，而()t l at v v v v B =-=+=22选择不同的l ，测出t ，计算出t l v =，在坐标纸上画出v —t 曲线，确定斜率和截距，其斜率的绝对值为a /2，截距为A 点的瞬时速度v 。
【补充思考题】测量气轨的阻尼因数。
滑块在气轨上运动，由于内摩擦和气轨平整度问题，也会有较小的阻力，一般认为阻力与速度方向相反，大小成正比。
即bv f =。
设计一个实验，测量b 值。
测量依据和测量公式：将气轨调节水平，放一质量为m 的滑块，气轨上两光电门之间距离为s 。
轻推滑块是它向右运动，由于阻尼A B v v <，同理，向左运动B A v v '<'。
![大学物理实验《用气垫导轨验证动量守恒定律》[1]](https://img.taocdn.com/s1/m/1ef973094afe04a1b171de9e.png)
普通大学物理实验设计性实验报告实验题目用气垫导轨验证动量守恒定律班级：物理学 2011级（2）班学号： 2011433180姓名：叶乃江指导教师：粟琼凯里学院物理与电子工程学院2013 年6月用气垫导轨验证动量守恒定律一、实验目的1．观察弹性碰撞和完全非弹性碰撞现象。
2．验证碰撞过程中动量守恒和机械能守恒定律。
二、实验仪器气垫导轨全套，计时计数测速仪，物理天平。
三、实验原理设两滑块的质量分别为m1和m2，碰撞前的速度为和，相碰后的速度为和。
根据动量守恒定律，有（1）测出两滑块的质量和碰撞前后的速度，就可验证碰撞过程中动量是否守恒。
其中和是在两个光电门处的瞬时速度，即x/t，t越小此瞬时速度越准确。
在实验里我们以挡光片的宽度为x，挡光片通过光电门的时间为t，即有。
实验分两种情况进行：1．弹性碰撞两滑块的相碰端装有缓冲弹簧，它们的碰撞可以看成是弹性碰撞。
在碰撞过程中除了动量守恒外，它们的动能完全没有损失，也遵守机械能守恒定律，有（2）（1）若两个滑块质量相等，m1=m2=m，且令m2碰撞前静止，即=0。
则由（1）、（2）得到=0，=即两个滑块将彼此交换速度。
（2）若两个滑块质量不相等，，仍令=0，则有及可得，当m1m2时，两滑块相碰后，二者沿相同的速度方向（与相同）运动；当m1 m2时，二者相碰后运动的速度方向相反，m1将反向，速度应为负值。
2．完全非弹性碰撞将两滑块上的缓冲弹簧取去。
在滑块的相碰端装上尼龙扣。
相碰后尼龙扣将两滑块扣在一起，具有同一运动速度，即仍令则有所以当m2=m1时，。
即两滑块扣在一起后，质量增加一倍，速度为原来的一半。
四、实验内容及步骤1.安装好光电门，光电门指针之间的距离约为50cm。
导轨通气后，调节导轨水平，使滑块作匀速直线运动。
计数器处于正常工作状态，设定挡光片宽度为1.0厘米，功能设定在“碰撞”位置。
调节天平，称出两滑块的质量m1和m2。
2.完全非弹性碰撞（1）在两滑块的相碰端安置有尼龙扣，碰撞后两滑块粘在一起运动，因动量守恒，即(2) 在碰撞前，将一个滑块（例如质量为m2）放在两光电门中间，使它静止（），将另一个滑块（例如质量为m1）放在导轨的一端，轻轻将它推向m2滑块，记录。
全国中学生物理竞赛内容提要--理论基础作者:全国竞赛委员会发布时间:2011-11-17 11:34:33 点击数:200全国中学生物理竞赛内容提要--理论基础(2013年开始实行)说明：．本次拟修改的部分用楷黑体字表示，新补充的内容将用“※”符号标出，作为复赛题和决赛题增补的内容；※※则表示原属预赛考查内容，在本次修改中建议改成复赛、决赛考查的内容。
一.理论基础力学1. 运动学：参考系坐标系直角坐标系※平面极坐标质点运动的位移和路程速度加速度矢量和标量矢量的合成和分解※矢量的标积和矢积匀速及匀变速直线运动及其图像运动的合成与分解抛体运动圆周运动※曲线运动中的切向加速度和法向加速度相对速度伽里略速度变换刚体的平动和绕定轴的转动角速度和角加速度2．牛顿运动定律力学中常见的几种力牛顿第一、二、三运动定律惯性参考系摩擦力弹性力胡克定律※协变和协强※杨氏模量和切变模量万有引力定律均匀球壳对壳内和壳外质点的引力公式(不要求导出) 视重※非惯性参考系※平动加速参考系(限于匀变速直线和匀速圆周运动)中的惯性力※匀速转动参考系中的惯性离心力3．物体的平衡共点力作用下物体的平衡力矩※平行力的合成重心刚体的平衡条件物体平衡的种类4．动量冲量动量质点与质点组的动量定理动量守恒定律※质心※质心运动定理反冲运动及火箭5．※冲量矩※角动量※质点和质点组的角动量定理(不引入转动惯量) ※角动量守恒定律6．机械能功和功率动能和动能定理重力势能引力势能质点及均匀球壳壳内和壳外的引力势能公式(不要求导出)弹簧的弹性势能功能原理机械能守恒定律碰撞恢复系数7．在万有引力作用下物体的运动开普勒定律行星和人造天体的圆轨道运动和※※椭圆轨道运动8．流体静力学静止流体中的压强浮力9．振动简谐振动振幅频率和周期相位振动的图像参考圆振动的速度准弹性力由动力学方程确定简谐振动的频率简谐振动的能量同方向同频率简谐振动的合成阻尼振动受迫振动和共振(定性了解)10 波和声横波和纵波波长频率和波速的关系波的图像※平面简谐波的表示式※※波的干涉和衍射(定性) ※驻波声波声音的响度、音调和音品声音的共鸣乐音和噪声※多普勒效应热学1．分子动理论原子和分子的数量级分子的热运动布朗运动※气体分子速率分布律(定性)温度的微观意义分子力分子的动能和分子间的势能物体的内能2．气体的性质热力学温标气体实验定律理想气体状态方程普适气体恒量理想气体状态方程的微观解释(定性)3．热力学第一定律理想气体的内能热力学第一定律在理想气体等容、等压、等温过程中的应用定容热容量和定压热容量等温过程中的功(不推导) 绝热方程(不推导)※热机及其效率致冷机和致冷系数4．※热力学第二定律※热力学第二定律的定性表述※可逆过程与不可逆过程※宏观过程的不可逆性※理想气体的自由膨胀※热力学第二定律的统计意义5．液体的性质液体分子运动的特点表面张力系数※球形液面下的附加压强浸润现象和毛细现象(定性)6．固体的性质晶体和非晶体空间点阵固体分子运动的特点7．物态变化熔化和凝固熔点熔化热蒸发和凝结饱和气压沸腾和沸点汽化热临界温度固体的升华空气的湿度和湿度计露点8．热传递的方式传导※和导热系数对流辐射※黑体辐射※斯忒番定律9 热膨胀热膨胀和膨胀系数电学1．静电场电荷守恒定律库仑定律静电力常量和真空介电常数电场强度电场线点电荷的场强场强叠加原理匀强电场※无限大均匀带面的场强(不要求导出)均匀带电球壳壳内的场强和壳外的场强公式(不要求导出) 电势和电势差等势面点电荷电场的电势公式(不要求导出)电势叠加原理均匀带电球壳壳内和壳外的电势公式(不要求导出)静电场中的导体静电屏蔽电容平行板电容器的电容公式※球形电容器电容器的连接电容器充电后的电能电介质的极化介电常量2．稳恒电流欧姆定律电阻率和温度的关系电功和电功率电阻的串、并联电动势闭合电路的欧姆定律一段含源电路的欧姆定律※基尔霍夫定律电流表电压表欧姆表惠斯通电桥补偿电路3．物质的导电性金属中的电流欧姆定律的微观解释※※液体中的电流※※法拉第电解定律※※气体中的电流※※被激放电和自激放电(定性)真空中的电流示波器半导体的导电特性 p型半导体和n型半导体※P-N结晶体二极管的单向导电性※及其微观解释（定性）三极管的放大作用(不要求机理)超导现象4．磁场电流的磁场磁感应强度磁感线匀强磁场长直导线、圆线圈、螺线管中的电流的磁场分布(定性) ※长直导线电流的磁场表示式、圆电流轴线上磁场表示式、无限长螺线管中电流的磁场表示式（不要求导出）真空磁导率安培力洛伦兹力电子荷质比的测定质谱仪回旋加速器霍尔效应5．电磁感应法拉第电磁感应定楞次定律※反电动势※感应电场(涡旋电场) ※电子感应加速器自感和互感自感系数6．交流电交流发电机原理交流电的最大值和有效值纯电阻、纯电感、纯电容电路感抗和容抗※电流和电压的相位差整流滤波和稳压理想变压器三相交流电及其连接法感应电动机原理7．电磁振荡和电磁波电磁振荡振荡电路及振荡频率电磁场和电磁波电磁波谱电磁波的波速赫兹实验电磁波的发射和调制电磁波的接收、调谐、检波光学1. 几何光学光的直进反射折射全反射光的色散折射率与光速的关系平面镜成像球面镜球面镜成像公式及作图法※球面镜焦距与折射率、球面镜半径的关系薄透镜成像公式及作图法眼睛放大镜显微镜望远镜2．波动光学光程光的干涉双缝干涉光的衍射单缝衍射(定性）※分辩本领(不要求推导)光谱和光谱分析近代物理1．光的本性光电效应爱因斯坦方程光的波粒二象性光子的能量与动量2．原子结构卢瑟福实验原子的核式结构玻尔模型用玻尔模型解释氢光谱玻尔模型的局限性原子的受激辐射激光的产生(定性)和它的特性3. 原子核原子核的量级天然放射现象原子核的衰变半衰期放射线的探测质子中子原子核的组成核反应方程质能方程裂变和聚变4．粒子“基本”粒子※夸克四种作用※实物粒子的波粒二象性※德布罗意波※不确定关系5．※狭义相对论爱因斯坦假设时间膨胀和长度收缩相对论动量相对论能量相对论动量能量关系6．※太阳系，银河系，宇宙和黑洞的初步知识.数学基础1．中学阶段全部初等数学(包括解析几何).2．矢量的合成和分解，极限、无限大和无限小的初步概念.3．※初等函数的微分和积分全国中学生物理竞赛内容提要--实验(2013年开始实行)说明：．本次拟修改的部分用楷黑体字表示，新补充的内容将用“※”符号标出，作为复赛题和决赛题增补的内容；※※则表示原属预赛考查内容，在本次修改中建议改成复赛、决赛考查的内容。
碰撞中的动量和动能姓名：学号：分数：实验目的：1. 气垫导轨的工作原理和使用方法;2. 验证碰撞动量守恒定律；3. 研究碰撞动能损耗情况；实验仪器：NB物理实验网页版，气垫导轨，滑块，数字毫秒计，光电门，挡光片1. 气垫导轨的调平：a. 粗调：使用三角尺测量，调节导轨的单脚螺钉使气垫导轨相对等高。
b. 细调：静态调平法：接通气源，滑块在导轨上任一处都向同一方向运动，则表明导轨不水平。
调整导轨上单脚的螺钉(只能调节单脚螺钉；导轨底下有两个脚：一个单脚，一个双脚)，直到滑块在导轨任意位置上基本保持静止不动或不总是向同一个方向滑动。
动态调平法：利用毫秒计进行调平。
接通电源，毫秒计功能选在“S2”档，两个光电门安装间距不小于40cm，滑块装上（10cm宽）挡光片，气垫导轨通气后，让滑块以一定的初速度（约50cm/S）向一个方向滑动，先后通过光电门G1和G2，计时器分别记下滑块通过两个光电门的时间⊿t1和⊿t2. 两个时间应基本相等，就可视为已经基本调平了。
注意：由于空气粘滞阻力的存在，很难做到⊿t1和⊿t2完全相等。
2. 数字毫秒计的使用：2.1 “col”档——用于弹性碰撞两个挡光框完成弹性碰撞实验之后自动进入循环显示4个时间数据和4个速度数据分别为：t1: 碰撞前挡光框通过1号光电门的时间；t2: 碰撞后挡光框通过1号光电门的时间；t3: 碰撞前挡光框通过2号光电门的时间；t4: 碰撞后挡光框通过2号光电门的时间；V1: 碰撞前挡光框通过1号光电门的速度；V2: 碰撞后挡光框通过1号光电门的速度；V3: 碰撞前挡光框通过2号光电门的速度；V4: 碰撞后挡光框通过2号光电门的速度；2.2 “S2”——间隔计时，用于测量速度、研究非弹性碰撞用挡光框对任意一个光电门依次挡光，屏幕依次显示出挡光间隔的次数和挡光间隔的时间。
可连续作1～255次实验，只存储前10个数据。
按【停止】键后，先依次显示测量的间隔时间数据，再依次显示与之对应的速度数据，并反复循环。
一、实验目的1. 研究不同类型碰撞（弹性碰撞和非弹性碰撞）中的动量和能量变化。
2. 验证动量守恒定律和能量守恒定律在碰撞过程中的适用性。
3. 掌握碰撞实验的基本操作和数据处理方法。
二、实验原理1. 动量守恒定律：在一个封闭系统中，如果没有外力作用，系统的总动量保持不变。
2. 能量守恒定律：在一个封闭系统中，能量不能被创造或消灭，只能从一种形式转化为另一种形式。
在弹性碰撞中，系统的总动量和总机械能都保持不变。
而在非弹性碰撞中，系统的总动量仍然保持不变，但总机械能会减少，部分能量转化为其他形式的能量（如热能、声能等）。
三、实验仪器与材料1. 气垫导轨2. 滑块3. 数码相机4. 计算器5. 记录表格四、实验步骤1. 准备工作：将气垫导轨水平放置，调整滑块的位置，确保滑块在气垫导轨上可以自由滑动。
2. 弹性碰撞实验：- 将滑块A和滑块B分别放置在气垫导轨上，A滑块静止，B滑块以一定速度向A滑块碰撞。
- 使用数码相机记录碰撞过程，并测量碰撞前后滑块A和B的速度。
- 重复实验多次，以确保数据的准确性。
3. 非弹性碰撞实验：- 将滑块A和B分别放置在气垫导轨上，A滑块静止，B滑块以一定速度向A滑块碰撞。
- 使用数码相机记录碰撞过程，并测量碰撞前后滑块A和B的速度。
- 重复实验多次，以确保数据的准确性。
4. 数据处理：- 计算碰撞前后滑块A和B的速度，以及碰撞过程中的动量和能量变化。
- 分析实验数据，验证动量守恒定律和能量守恒定律。
五、实验结果与分析1. 弹性碰撞实验：- 通过实验数据，我们发现碰撞前后滑块A和B的速度满足动量守恒定律和能量守恒定律。
- 实验结果表明，在弹性碰撞中，系统的总动量和总机械能都保持不变。
2. 非弹性碰撞实验：- 通过实验数据，我们发现碰撞前后滑块A和B的速度满足动量守恒定律，但总机械能减少。
- 实验结果表明，在非弹性碰撞中，系统的总动量保持不变，但总机械能转化为其他形式的能量。
六、实验结论1. 动量守恒定律和能量守恒定律在碰撞过程中具有普遍适用性。
碰撞的研究实验分析与总结【实验目得】1.掌握气垫导轨得水平调整、光电门及电脑通用计数器得使用。
2.学会使用物理天平．3.用对心碰撞特例检验动量守恒定律。
4.了解动量守恒定律与动能守恒得条件. 碰撞前后得动量关系为: ｍu＝(m+ｍ）v 动能变化为: ΔE=1/2(m ＋m)v－1/2mu【实验步骤】1.用物理天平校验两滑块得(连同挡光物）得质量 m 及ｍ,经测量 m=136、６0g、ｍ=34 4、02g2.用游标卡尺测出两挡光物得有效遮光宽度，本实验中Δs＝Δｓ＝5、00cm3.将气垫导轨调水平.（1）粗调:调节导轨下得三只底脚螺丝,使导轨大致水平（观察导轨上得气泡,若气泡位于最中央,说明已调平).（2）静态调平:接通气源,将滑块放在导轨上，这时滑块在导轨上自由运动，调节导轨得单脚底螺丝，使滑块基本静止（不会一直向单一方向运动) （3）动态调平: 将两个安装在到导轨上得光电门相距６0cm 左右．在滑块上安放ｕ型挡光片,接电脑通用计数器得电源,打开电源开关,将电脑计数器功能置于“s2”挡.轻轻推动滑块,分别读出遮光片通过两个光电门得时间Δt 与Δt，它们不等,则反复强调单脚螺丝,使它们相差不超过千分之几秒,此时可认为气垫导轨基本水平。
4.完全弹性碰撞适当放置光电门得位置，使它能顺利测出两个滑块碰撞前后得速度，并在可能得情况下,使两个光电门得距离小些。
每次碰撞时,大滑块得速度不要太大,让两个滑块完全碰撞两次，分别记录每次得滑块得速度并结算出:(注意速度方向) 动量得变化大小Ｃ=(mｖ+mv)/(ｍｕ+ｍu) 恢复系数 e=(v—ｖ）／(ｕ—u）(v—v 为两物体碰撞后相互分离得相对速度,u－ｕ则为碰撞前彼此接近得相对速度）【注意事项】1.严格按照在操作规范使用物理天平；2.严格按照气垫导轨操作规则；3.给滑块速度时速度要平稳,不应使滑块产生摆动;挡光框应与滑块运动方向一致,且其遮光边缘应与滑块运动方向垂直;4.挡光框应与滑块之间应固定牢固,防止碰撞时相对位置改变,影响测量精度.【思考题】1.动量守恒定律成立得条件就是什么? 系统所受得外力之与为 0 2、滑块距光电门近些好还就是远些好？两光电门间近些好还就是远些好?为什么？滑块距光电门近些好，两光电门间近些好，因为气垫导轨上仍然就是存在微小得摩擦得,滑块与光电门之间、两光电门之间得距离尽可能得小，可以减小实验误差。
动量守恒实验教案研究碰撞过程中动量的变化动量守恒是物理学的重要定律之一，它表明在一个系统内，所有物体的动量之和在碰撞前后保持不变。
本文将通过一则动量守恒实验教案，深入研究碰撞过程中动量的变化，并探讨实验教案的设计和教学的意义。
实验目的：探究碰撞过程中动量的守恒性质。
实验材料：- 两个小车- 可调整的轨道- 弹簧碰撞装置- 计时器- 直尺- 停表实验步骤：1. 将轨道平放在光滑桌面上，调整车辆位置，使其间距为1米。
2. 调整弹簧碰撞装置，使之与轨道垂直，并与两个小车的前端相接触。
3. 确保碰撞时两个小车速度相等，以减小实验误差。
4. 将一个小车推向碰撞装置，使其与另一个小车发生碰撞。
5. 进行多组实验，记录碰撞前后两个小车的速度。
实验内容：1. 碰撞前后小车速度的测量a. 确定实验测量长度l，本实验取1米。
将直尺平放在轨道上，测量碰撞前后两个小车的位置，通过位置差Δx计算速度。
b. 使用计时器记录碰撞前后两个小车通过位置差Δx所需要的时间，计算碰撞前后的速度v。
2. 动量守恒实验数据的处理a. 计算碰撞前后两个小车的动量。
b. 比较碰撞前后两个小车的动量，验证动量守恒定律。
3. 数据分析与结果讨论a. 根据实验数据，计算出碰撞前后两个小车的速度和动量。
b. 分析实验误差来源，并提出改进方法。
实验结论：通过实验数据的分析和计算，我们可以得出以下结论：1. 在碰撞过程中，动量守恒成立。
即碰撞前后两个小车的动量之和基本保持不变。
2. 实验数据的误差主要包括人为操作和仪器误差。
为了获得更准确的实验结果，我们可以减小操作误差、改进仪器的测量精度。
3. 动量守恒定律在日常生活中有着广泛的应用，如交通事故的调查、运动员比赛等。
实验教学意义：动量守恒实验教学对学生的意义重大，其主要体现在以下几个方面：1. 培养学生的实验思维和观察力，提高他们对实际问题的分析和解决能力。
2. 帮助学生理解动量守恒定律，并将其应用到实际情境中。
实验 5 气轨上研究碰撞过程中动量和能量变化[目的要求]l ．用碰撞特例验证动量守恒定律，并考察动能损耗情况； 2．在实验操作中保证实验条件； 3．掌握一种简化处理数据的方法． [仪器用具]气轨，光电计时器，带有粘合器和碰簧的滑块，骑码，U 形挡光片，游标卡尺，电子天平． [实验原理]本实验是在一种特定的情况下检验动量守恒定律的正确性，并考察动能的损耗情况。
这种特定的情况是：所研究的物体系只有两个可以看作刚体的滑块，滑块的运动限制在一条水平的直线上，滑块运动时的摩擦阻力可以忽略不计，两滑块的质心的连线与滑块运动方向平行，在碰撞的瞬间，两滑块的接触点在其质心连线上（称为对心碰撞，又称为正碰）在两滑块发生碰撞之前，其中一个保持静止状态。
实验中要注意尽量满足这些条件。
当我们用实验检验某一理论时，必须满足该理论所要求的实验条件。
动量守恒定律指出，若物体系在某个方向上不受外力，或者在该方向上所受外力之和为零，则此物体系在此方向上的总动量守恒。
在水平的气轨上放置两个滑块A 和B ，它们的质量分别为m A 和m B 先让滑决B 保持静止状态，即碰撞前滑块B 的速度v B =0；再让滑块A 以速度v A 去碰滑块B ；碰撞后滑块A 和B 的速度分别为v A ´和v B ´；若碰撞为对心碰撞，且略去滑块运动时所受到的阻力、根据动量守恒定律应有B B A A A A v m v m v m '+'= （5-1） 本实验即根据式（5-1）来检验动量守恒定律，检验的方法如下：用天平称出滑块A 和B 的质量m A 和m B ，v A ´和v B ´可由滑块上的U 形挡光片和光电计时器测出．若碰撞前、后两滑块的总动量分别为K 和K´，则碰撞前后两滑块总动量的相对偏差为⎪⎪⎭⎫⎝⎛'+'-='+'-='-AA BB A A A A B B A A A A v m v m v v v m v m v m v m K K K 1)( (5-2)若有K=K´，则验证了动量定律。
由于存在实验误差，由实验求出的（K-K ）/K 一般并不恰好为零；但只要│K-K │/K 足够小（要小于实验误差），就可以认为验证了动量守恒定律。
动量守恒定律成立的条件是要求物体系不受外力或所受合外力为零。
在此条件下，不论碰撞是弹性的或者非弹性的，动量守恒都成立；但是动能方面的情况就不同了．即使在碰撞过程中没有外力对系统做功，系统的总动能在碰撞过程中是否守恒，还与碰撞的性质有关．若参与碰撞的物体是由弹性材料制成的，碰撞结束后物体没有发生形变，则物体系的总动能不变，这就是弹性碰撞。
若物体具有一定的塑性，碰撞结束后有部分形变残留，则物体系的总动能就会有所损耗（转变为其他形式的能量）这就是非弹性碰撞。
若碰撞前、后两滑块的总动能分别为E 和E´，则碰撞过程中动能的损耗率为⎪⎪⎭⎫⎝⎛'+'-='+'-='-222222212/)2/2/(2/A A BB AA A AB B A A A A v m v m v v v m v m v m v m E E E （5-3） 下面分两种情况讨论。
（1）完全非弹性碰撞，完全非弹性碰撞后，两滑块粘在一起共同运动，因而有v A ´=v B ´，我们都用滑块A 上的挡光片测量碰撞前、后的速度。
设该挡光片的挡光宽度为δSa ,碰撞前、后的挡光时间分别为δtA 和δt´A ，则At A t A BAB A t A t A t A s A t A s A A A t A s A A t A s A v v v v v v v v ''''='∴'='=='∴='=δδδδδδδδδδδδ,//,,于是，式（5-2）可写为（5-4）式（5-3）可写为（5-5）（2 ）弹性碰撞．令滑块B 上挡光片的挡光宽度为δSB ，滑块A 和B 上的挡光片在碰撞前、后的挡光时间分别为δtA ，δt´A 和δt´B 。
对于m A ＞m B 的情况，滑块A 碰撞滑块B 后，继续沿原方向运动．这时，式（5-2）可写为⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-='-''Bt sB sA tA A B A t tA m m K K K δδδδδδ1,//,,Bt A s B s A t A t A s B t B s A BB t B s BA t A s A v v v v '''⋅⋅=='∴='=δδδδδδδδδδδδ 式（5-3）可写为⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-='-''2221B t sB sAtAA B At tA m m E E E δδδδδδ 对于 m A ＜m B 的情况，滑块A 碰撞滑块B 后，被反弹回来。
设δs´A 是滑块 A 在碰撞后挡光片的宽度（注意，一股情况下δs´A ≠δsA ，根据式（5-2），（5-3）有：（因为v A ´的方向与前述方向相反）⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⋅-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅-⋅⋅-=⎪⎪⎭⎫⎝⎛--=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛'-'-='-'''''''''sAtA A t As Bt sB A B sA tAA t A s sA tA Bt sB A B tA sA A t A s tA sA A B t sB B A AA AB B m m m m m m v v v m v m K K K δδδδδδδδδδδδδδδδδδδδδδ11////11 （5-8）2221⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-='-'''sAtAAt A s B t sBABm m E E E δδδδδδ （5-9）本实验在处理数据方面很有特色，它并不是要求算出物体系在碰撞前、后的总动量和总动能，而是要算出物体系总动量的相对偏差（即物体系在碰撞前、后总动量之差与其在碰撞前的总动量的比值）和物体系总动能的损耗率（即物体系在碰撞前、后总动能之差与其碰撞前的总动能的比值）这样的处理是一种相对比较，因为它与每次实验中动量或动能的具体数值无关，因而更具有普遍意义。
[实验内容]1．调整实验装置，（1）使气垫导轨和光电测速装置正常工作（气轨，光电计时器，U 形挡光片等好见实验2的“仪器描述”）；（2）调节气轨水平（如果气轨的平直度不够好，只要求碰撞位置附近的气轨水平即可），使滑块在碰撞前、后的运动方向上作匀速运动。
以保证碰撞时合外力为零的条件．若使滑块运动时受到的摩擦阻力尽量小，就要使气量充足、稳定，滑块与气轨表面密合程度良好等。
．（3）调节滑块上的挡光片与运动方向平行，使挡光边与滑块运动方向垂直．放置光电门时，要注意使挡光片的同一部位通过两个光电门。
（4）测量时要注意保证v B =0；尽量作到正碰，避免碰撞时滑块晃动．即使把气轨调到水平状态，由于气流的扰动，沿块B 也不会绝对停止在气轨上某一确定位置．为了保持滑块B 的正确位置，需要用手扶住它；而当滑块A 到来的瞬间，再将手迅速撤回．这中间如果操作不当，便会给滑块B 以附加的力，并使v B ≠0，而且滑块B 在碰撞前的位置也可能偏离预期的地点。
另外，为保证正碰，滑块A 的初速度大小也要适当。
（5）为了尽量减小磨擦阻力对实验结果的影响，光电门的位置具有关键性作用。
每次实验时都要将光电门放到能记下最接近进碰前、后的滑块速度的位置。
也就是说，当滑块A 上的挡光片刚一经过光电门，就应立即发生碰撞；当碰撞刚一结束，就能尽快地测出滑块在碰后的挡光时间。
对于完全非弹性碰撞，只需记录滑块A 在碰撞相前后的速度．两个光电之间的距离略大于δsA 就可以了。
对于完全弹性碰撞，当m A ＜m B 时，光电门位置及碰撞一刹那两滑块与光电门的相对位置应如图5-l 所示，其中s A 为滑块A 上档光刀片的宽度（不是挡光距离〕由于滑块A 碰撞后要沿原方向弹回，在图示情况下，应使用贮存式计时器，否则将无法记录δtA 的数值．当m A ＞m B 时，两滑块的挡光刀片应安置在相邻近的端点，弹簧在碰撞方向上的长度b 要小一些，两光电门间的极限距离应为b +δsA +s B ,其中s B 为滑块B 上挡光刀片的宽度。
光电门位置及碰撞前的瞬间两滑块与光电门的相对位置如图5-2所示．2．完全非弹性碰撞在v B =0，m A ≈ m B (两滑决质量近似相等) 和m A ＞m B 的情况下，多次测量完全非弹性碰撞前、后滑块的速度，检验动量守恒定律，并测量动能变化情况．对每种情况，取3～5组数据，分别计算出碰撞前、后动量的相对偏差和碰撞后动能的损耗率。
3．弹性碰撞。
在v B =0，m A ＞m B 和m A ＜m B 的情况下，多次测量弹性碰撞前、后滑决的速度，检验动量守恒定律，并测量动能变化情况，对每种情况，取3～5组数据，分别计算出碰撞前、后动量的相对偏差和碰撞后动能的损耗率。
s图5- 1 m ＜m B 时光电门的设置 图5- 1 m ＞m B 时光电门的设置。
