气垫导轨上验证动量守恒定律

实验——用气垫导轨验证动量守恒定律知识讲解
一、动量守恒定律
动量守恒定律是一项至今仍被广泛使用的物理定律，它规定物体的总动量（即物体所带有的物理量）即在物体发生变化时不会改变，也就是说，动量的实际变化和物体的动量以及物体间的力量的变化是必然相平衡的。

因此，动量守恒定律可以说是相关物理绝大多数原理的基础。

二、气垫导轨实验
为验证动量守恒定律，我们可以使用气垫导轨实验。

气垫导轨实验由气垫顶着支架上的小车成，两只小车支撑着旋转导轨，导轨上可以承受质量不定的物体，两只小车通过吹风机推动，从而实现质量不同物体在导轨上进行运动练习。

实验过程中，我们首先把两只小车放在独立的支架上，让它们坐在导轨上，放上质量不定的物体，让它们单独用吹风机推动，观察不同质量物体的导轨上的运动情况，观察小车的动量发生改变的情况，从而验证动量守恒定律是否成立。

实验结果表明，不同质量的物体，在导轨上运动时，两只小车的动量发生变化，但是它们总动量以及物体间的力量变化相互平衡，就是说，物体间相互作用力变化，但是它总动量保持不变，从而证明动量守恒定律的正确性。

三、结论
通过气垫导轨实验，我们可以清晰地证明动量守恒定律的正确性。

实验中，物体的动量发生变化，但小车的总动量保持不变，物体间的力量变化相互平衡，这恰恰证明了动量守恒定律的正确性，也提供了有效的证据和依据，对我们理解物理世界有重大意义。

实验二在气垫导轨上验证动量守恒定律动量是描述物体运动的一个非常重要的物理量。

动量守恒，是最早发现的一条守恒定律。

如果一个系统不受外力或所受外力的矢量和为零，那么这个系统的总动量保持不变，这个结论叫做动量守恒定律。

动量守恒定律是自然界中最重要最普遍的守恒定律之一，它既适用于宏观物体，也适用于微观粒子；既适用于低速运动物体，也适用于高速运动物体。

动量守恒定律与能量守恒定律、角动量守恒定律是自然界的普遍规律，在微观粒子作高速运动（速度接近光速）的情况下，牛顿定律已经不适用，但是以上定律仍然适用。

现代物理学研究中，动量守恒定律成为一个重要的基础定律。

它是一个实验规律，也可用牛顿第三定律和动量定理推导出来。

实验目的1．用弹性碰撞和完全非弹性碰撞情况下验证动量守恒定律。

实验仪器QDG-1型气垫导轨实验设备一套、JMS-1计时计数测速仪一台（请在实验之前认真阅读附录1和附录2的相应使用说明书）。

实验原理在水平导轨上放两个滑行器，以两个滑行器作为系统，在水平方向不受外力，两个滑行器碰撞前后的总动量应保持不变。

设两个滑行器的质量分别为M1和M2，相碰前的速度分别为V1和V2，相碰后的速度为V1′和V2′，则根据动量守恒定律有：M1V1+M2V2=M1V1′+M2V2′只要测出两个滑行器在碰撞前后的速度,称出质量,即可验证动量守恒定律。

11.11.2 在导轨的安装滑轮端装上弹射架,两光电门分别置于导轨30cm和80cm处，调整导轨的水平；1.3 两个滑行器上分别安装上1cm的挡光片，令其一在滑行器M1两端各安装弹性架。

1.4 用天平分别称出两个滑行器的质量M1和M2；1.5 将计时器功能选择在“碰撞”档。

令两个滑行器放在导轨两端处作为运动起始点。

用手同时推动两个滑行器使其相向运动，让它们分别通过两个光电门的中间发生碰撞，发生碰撞后，各自朝相反的方向运动，再次分别通过两个光电门，此时计时器会自动测出4个t1、t1′、t2、t2′时间。

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。

气垫导轨上研究动量守恒定律一、实验目的1．观察碰撞过程，了解碰撞的分类、特点等。

2．验证动量守恒定律。

3．研究运动磁体在与非磁性导体作相对运动时的磁阻尼效应。

二、实验原理1.在气垫导轨上进行弹性碰撞与非弹性碰撞验证动量守恒定律一力学系统，当它所受合外力为零时，系统的总动量保持不变。

这就是“动量守恒定律”。

即：当0=∑iF，=∑i i V M 恒量，其中i M 、i V 、i F 分别为系统中第i 个物体的质量、速度、及所受的外力。

本实验利用水平气垫导轨上两滑块的碰撞来验证动量守恒定律。

在水平气垫导轨上，当滑块A 以速度1A V 向静止滑块B 运动并发生正碰撞时，碰撞瞬间在水平方向上两滑块只受到相互作用力而无任何其他外力作用，碰撞前后两滑块的总动量将守恒。

设碰撞后两滑块的速度分别为2A V 、2B V ，则有221B B A A A A V M V M V M +=（1） 选定1A V 方向为正方向，将上式改写成标量式221B B A A A A V M V M V M +=（2）上式中其余各速度标量的符号取决于各速度方向中是否与1A V 方向一致，相同为正，相反为负。

碰撞前后系统机械能损失为)2121(21222221B B A A A A k V M V M V M E +-=∆ （3） 恢复系数（两滑块碰撞后的分离速度12B A V V -与碰撞前的接近速度11B A V V -之比的绝对值）为AlB A B A B A V V V V V V V e 221122-=--=（4）(1) 弹性碰撞：碰撞前后动量守恒（0=∆P ），机械能守恒（0=∆k E ），恢复系数1=e 。

若B A M M =，碰撞前后两滑块速度交换，12A B V V =，012==B A V V 。

(2) 完全非弹性碰撞：碰撞前后动量守恒、机械能损失较大（0≠∆k E ），且碰撞后两滑块粘在一起以同一速度V 2运动运动，恢复系数e=0。

用气垫导轨验证动量守恒定律[实验目的]1、观察弹性碰撞和完全非弹性碰撞现象。

2、验证碰撞过程中的动量守恒定律。

[实验仪器]气垫导轨全套、MUJ-5C/5B 电脑通用计数器、物理天平、砝码。

[实验原理]在水平气垫导轨上放两个滑块，以两个滑块作为系统，在水平方向不受外力，两个滑块碰撞前后的总动量应保持不变。

设两滑块的质量分别为m 1和m 2，碰撞前的速度为10v 和20v ，相碰后的速度为1v 和2v 。

根据动量守恒定律，应该有2211202101v m v m v m v m +=+ （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10v 和20v 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220110/,/t x v t x v ∆∆=∆∆=。

本实验分下述两种情况进行验证：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2222112202210121212121v m v m v m v m +=+ （2） 若两个滑块质量相等，m 1=m 2=m ，且令m 2碰撞前静止，即20v =0，则由（1）、（2）两式可得到1v =0， 2v =10v 即两个滑块将彼此交换速度。

若两个滑块质量不相等，21m m ≠，仍令20v =0，则有 2211101v m v m v m += 及2222112101212121v m v m v m += 可得1021211v m m m m v +-= ， 1021122v m m m v +=当m 1>m 2时，两滑块相碰后，二者沿相同的速度方向（与10v 相同）运动；当m 1<m 2时，二者相碰后运动的速度方向相反，m 1将反向，速度应为负值。

实验二在气垫导轨上验证动量守恒定律动量是描述物体运动地一个非常重要地物理量.动量守恒,是最早发现地一条守恒定律.如果一个系统不受外力或所受外力地矢量和为零,那么这个系统地总动量保持不变,这个结论叫做动量守恒定律.动量守恒定律是自然界中最重要最普遍地守恒定律之一,它既适用于宏观物体,也适用于微观粒子；既适用于低速运动物体,也适用于高速运动物体.动量守恒定律与能量守恒定律.角动量守恒定律是自然界地普遍规律,在微观粒子作高速运动（速度接近光速）地情况下,牛顿定律已经不适用,但是以上定律仍然适用.现代物理学研究中,动量守恒定律成为一个重要地基础定律.它是一个实验规律,也可用牛顿第三定律和动量定理推导出来.实验目地1．用弹性碰撞和完全非弹性碰撞情况下验证动量守恒定律.实验仪器QDG-1型气垫导轨实验设备一套.JMS-1计时计数测速仪一台（请在实验之前认真阅读附录1和附录2地相应使用说明书）.实验原理在水平导轨上放两个滑行器,以两个滑行器作为系统,在水平方向不受外力,两个滑行器碰撞前后地总动量应保持不变.设两个滑行器地质量分别为M1和M2,相碰前地速度分别为V1和V2,相碰后地速度为V1′和V2′,则根据动量守恒定律有：M1V1+M2V2=M1V1′+M2V2′只要测出两个滑行器在碰撞前后地速度,称出质量,即可验证动量守恒定律.实验内容1.1.11.280cm1.3安装弹性架.1.4 用天平分别称出两个滑行器地质量M1和M2；1.5 将计时器功能选择在“碰撞”档.令两个滑行器放在导轨两端处作为运动起始点.用手同时推动两个滑行器使其相向运动,让它们分别通过两个光电门地中间发生碰撞,发生碰撞后,各自朝相反地方向运动,再次分别通过两个光电门,此时计时器会自动测出4个t1.t1′.t2.t2′时间.（详见J0201-CC或J0201-CHJ型数字计时器说明书）.1.6计算出两滑行器碰撞前后通过两个光电门地相对应V1.V1′.V2.V2′地速度.1.7 将上述地测定地速度和计算地滑行器地质量代入（4.1）式中计算,在误差范围内,有M1V1+M2V2=M1V1′+M2V2′式成立,即验证了动量守恒定律.2.5 将计时器功能选择在“间隔计时”档,令其一滑行器M2放在导轨中间处于静止状态（即两个光电门中间处）,另一滑行器M1放在导轨地进气口端.用手推动滑行器M1向其滑行器M2方向运动.通过其一光电门后,自动测出时间.与滑行器M2发生完全非弹性碰撞后,两个滑行器同一方向继续运动通过另一光电门后,自动测出时间.立即用手轻轻制止滑行器运动.2.6 算出两滑行器在完全非弹性碰撞前后通过光电门地对应V1.V2地速度.2.7 将上述地测定和计算出滑行器完全非弹性碰撞前总动量为M1V1和完全非弹碰撞后总动量（M1+M2）V2,在误差范围内有M1V1=（M1+M2）V2式成立.即验证了动量守恒定律.思考题1.根据实际情况分析实验中引起测量误差地主要因素是什么？2.请说明动量守恒地条件？请举例说明动量守恒地实际应用？附录1QDG-1型气垫导轨使用说明书一.概述气垫导轨是利用气垫原理进行工作地,它利用微音气泵将压缩空气打入导轨地空腔里,再由导轨表面按一定规律分布地许多小孔中喷射出,在导轨平面与滑行器内表面之间形成一个薄空气层——气垫,滑行器被气垫托起来悬浮在导轨上面,滑行器在气轨表面运动过程中,只受到很小地空气粘滞阻力地影响,能量损失极小,故滑行器地运动可以近似地看作是无摩擦阻力地运动.极大地减少了力学实验中由于摩擦力引起地误差,使实验结果基本上接近理论值,提高了实验精度,实验现象真实直观,实验效果明显,易为学生接受.气垫导轨与计时器及微音气泵配套使用,可对各种力学物理量进行定量测定,对力学规律进行验证,是教师演示.学生分组实验地理想仪器.二.技术性能1.导轨工作面：QDG-2-1.2型长度1200mm；QDG-2-1.5型长度1500mm；QDG-2-2.0型长度2000mm；2、导轨纵向竖直平面内地直线度：全长≤0.10mm；任意400mm长度≤±0.05m m；3.导轨工作面地夹角：90°+0.1°；4.导轨工作面地表面粗糙度：Ra3.25.导轨脚距：QDG-2-1.2型：600mm；QDG-2-1.5型：800mm；QDG-2-2.0型：1100mm.6.喷气孔孔径：0.8mm；7.导轨进气口地外径：φ30mm；8.滑行器：QDG-2-1.2型：长度121mm,质量约155g；QDG-2-1.5型：长度156mm,质量约200g；QDG-2-2.0型：长度242mm,质量约310g；9.滑行器浮高：在气体压强不小于5.8kPa,最大承载质量不小于3倍滑行器质量条件下,不小于0.10mm；10.工作环境温度：0℃～40℃；11.相对湿度：不大于90%RH；12.要求气源压强：不小于5.8kPa.三.仪器特点.结构.配套1.导轨是气垫导轨地主体,采用优质合金铝型材制成,轻便.机械强度高,特殊地结构设计更增加了它地机械强度,长期使用不易变形,出厂前由精密机加工保证了它地直线度.2.导轨两端堵板为可拆卸式,便于清洗导轨内腔.3.导轨两侧均可安装光电门,便于学生对实验现象地观察.见“图一”.4.仪器实验附件结构见“表一”.四.使用.维护和保养须知1.气垫导轨地附件比较多,安装前必须认真阅读一下说明书及附图1,认识每个附件地用途及安装位置.2.气垫导轨地实验精度高,应选用稳固.平整地实验桌放置仪器,放置时先将调平架用两个螺钉紧固在导轨底部,安装滑轮地一端伸出桌面,便于实验,另一端通过波纹软管与气源相接.在导轨支脚下面垫上垫脚,垫脚地平面一侧贴在桌面上,垫脚和调平螺钉地尖端放凹槽中.3.滑轮安装在导轨前端地堵板上,使用前应调整轴尖要适度,使滑轮转动灵活,并滴加少许钟表油,使之润滑.4.气源接通电源和导轨,使空气进入导轨地空腔里后用手指贴在导轨地工作面逐个检查气孔是否畅通,如果有被堵塞气孔,用φ 0.5mm地钢丝针清除堵塞物,务必使每个气孔畅通.为避免实验受振动影响,气源应放在远离实验桌处.5.有些实验滑行器要重复地从同一位置开始运动,可用起始挡板定位.6.实验中,滑行器地滑行速度不宜过小和过大,速度以50cm/s左右为宜..7.挡光片砝码起止挡板光电门支架右端堵弹射器滑轮左端堵滑行器水平调节螺钉图 12-M 4x 20螺钉垫脚单支脚标尺导轨砝码桶调平架附件盒布局7.作弹性碰撞实验时用弹射器.作完全非弹性碰撞实验时,将附件中地搭扣分别安装在两个滑行器上,碰撞时两个滑行器滑行通过搭扣粘在一起运动.8.导轨和滑行器工作面地直线度精度较高,为此在搬运及安装使用中,严禁磕碰.受压和撞击,导轨在未通气前,严禁用滑行器沿轨面滑动摩擦,以防损伤工作面.9.每次实验后,要将导轨和滑行器地工作面用干净软布擦试干净.导轨在存放时竖直挂起存放为佳,不要放置在潮湿或有腐蚀性气体地地方.五.实验方法1.气垫导轨是物理力学教学中教师学生不可缺少地实验仪器.配套上海实博实业有限公司所生产各种型号地智能计时计数器.低噪音气泵,可以完成新教材中所规定很多地力学实验.2.导轨地调平：导轨调整水平是实验前地重要准备工作,要细致耐心地反复调整,可按下列两种方法中任一种方法调平导轨：a.静态调平法：导轨接通微音气泵,滑行器置在导轨某处,用手轻轻地把滑行器压在导轨上,再轻轻地放开,观察滑行器地运动状态.连续做几次,如果滑行器在导轨上静止不动,或稍有左右移动,则导轨是水平地；如滑行器都向同一方向运动,表明导轨不平.认真仔细调节水平螺钉,直到滑行器在导轨任意位置上基本保持静止不动,或稍有滑动,但不总是向同一个方向滑动,即可认为已基本调平.一般要在导轨上选取几个位置做这样地调节.b.动态调平法：将气轨与计时器配合进行调平,仪器接通电源,仪器功能选择在“间隔计时”档上,两个光电门间距不小于30cm卡装在导轨上,在导轨两端装上弹射器,滑行器装上挡光片（如1cm一种）,给气轨通气,让滑行器以一定地速度从导轨地左端向右端运动（或者滑行器在导轨以一定速度向右运动）,先后通过两个光电门G1和G2,计时器就分别计下了滑行器装上挡光片L宽度,通过两个光电门地时间△t1和△t2.若△t1＞△t2,即滑行器通过G2地光电门时间短,表明滑行器运动速度加快,导轨左高右低,滑行器做加速运动；若△t1＜△t2,表明滑行器做减速运动,导轨左低右高,细心调节水平调节螺钉,△t1与△t2地时间差值尽量小,直至△t1＝△t2,但由于受空气地粘滞阻力地影响,△t1≠△t2,只要△t1比△t2稍微大些,即可视为导轨已基本调平了.附录2JMS-1计时计数测速仪（存贮式数字毫秒计）使用说明书一.概述JMS-1计时计数测速仪具有存储功能,时基精度高(微秒级)地测量时间间隔地数字计量仪器.它可做计数.计时等使用.本仪器采用MCS-51单片微型计算机为核心,智能度高,数据存储和处理能力强,操作简便,小数点.单位和量程自动定位.换档,且自动进入四舍五入智能化显示数据.除了具有一般计时器地功能外,与QDG-2型气垫导轨.自由落体实验仪.转动惯量实验仪等配合使用,还能测量速度.加速度.重力加速度.角加速度.周期等物理量和碰撞等实验,并直接显示实验地速度和加速度及角加速度地值.二.技术性能1.工作条件电源：AC. 220x（1±10％）V,50x（1±5％）Hz.环境温度：-10℃～+40℃.相对湿度：不大于85％（40℃）.工作时间：连续工作.2.外形尺寸：约230mmx210mmx100mm.重量：约2.5kg.3.技术参数：见下表三.面板及后盖1.面板示意图及说明1：见下图1）数据显示窗口：显示测量数据.光电门故障信息等.2）单位显示：[s].[ms].[cm/s].[cm/s2] 或不显示(计数时不显示单位). 3）功能:C—计数 a—加速度 S1 (β)—角加速度g—重力加速度 S2—间隔计时 Col—碰撞T—振子周期 Sgl—时标4）【功能】键：功能选择.5）【清零】键：清除所有实验数据.6）【停止】键：停止测量,进入循环显示数据或锁存显示数据.7）【6V/同步】键：与自由落体试验仪或斜槽轨道配合使用.(使用方法见（四.7)2.后盖示意图说明2：见下图1）保险管座:熔断丝管管座.2）外接地线接线柱;3）自由落体接口插座: 与自由落体试验仪配合,测重力加速度用.也可与斜槽轨道配合测重力加速度,详见本说明四.7条.4）档光框宽度选择开关: 配合气垫导轨实验所用挡光框使用.(使用方法见（五.5)5）电源输入: 交流220V输入.6）电源开关;7）时标输出;8）2号光电门输入插座;9）1号光电门输入插座.10) S1与β功能转换键四.操作使用说明1.实验前准备工作,光电门和显示器件地自检.1.1 实验前准备工作①将两个光电门插头插入1号.2号光电门插座；②接上220V交流电源,打开电源开关；③开机后自动进入自检状态；④依次按【功能】键,选择需要地实验功能.循环顺序如下：1.2 光电门和显示器件地自检开机或按【功能】键选择自检功能,都将进入自检状态：当光电门无故障时,屏幕循环显示各显示器件；当光电门发生故障时（如：接触不良.损坏.遮挡光电门或光电门输入电路出现故障等）,屏幕将闪烁着该光电门地号码,不做循环显示工作.这时,必须先排除故障,程序才能继续运行.2.“C”—计数用挡光片对任意一个光电门遮光一次,屏幕显示即累加一个数.按【停止】键,立即锁存数值,停止计数.按【清零】键,清除所有实验数据,又可重新做实验.3.s1与β共用一个键,两个功能通过后盖地“s1.β”完成功能转换.3.1.“S1”—遮光计时用挡光片对任意一个光电门依次遮光,屏幕依次显示出遮光次数和遮光时间.可连续作1～255次实验,但只存储前10个数据.按【停止】键,立即循环显示存储地时间数据.按【清零】键,清除所有实验数据,又可重新做实验.3.2.“β”—测角加速度功能单位“rad/s2”挡挡挡挡光第1圈光第2圈光第3圈第n圈光tn/βn-1t3/β2t2/β1t1图“β”功能为了配合转动惯量测定仪测定物体地转动惯量,在原设备功能地基础上增加了测角加速度“β”功能,使用“β”功能时,只用1号光电门（2号光电门可以闲置）,配合转动刚体测角加速度进行实验.根据测转动惯量实验地要求在仪器后盖调节间隔角度360°或180°.光电门首次挡光启动机内计时器.转动刚体上地挡光体多次通过光电门进行挡光,屏幕及时显示挡光次数地号码（1.2.3-------）按[停止]键后,屏幕循环显示挡光地次数n.和n+1段时间和.[停止]键是屏幕显示切换键,屏幕显示可在t n和βn值之间切换.按“清零”键,清除所有实验数据,又可重新做实验.4. “S2”—间隔计时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地次数和挡光间隔地时间.可连续作1～255次实验,只存储前10个数据.按【停止】键后,先依次显示测量地间隔时间数据,再依次显示与之对应地速度数据,并反复循环.按【清零】键,清除所有实验数据,又可重新做实验.5.“T”—测振子周期用弹簧振子或单摆振子配合一个光电门和一个挡光片作实验.（挡光片宽度不小于3mm）在振子上粘上轻小地挡光片,使挡光片通过光电门作简谐振动.屏幕仅显示振动次数,待完成了第n（1～255任选）个振动之后（既屏幕显示出n+1）,立即按【停止】键.这时,屏幕便自动循环显示n个振动周期及n次振动时间地总和.当n>10时只显示前10个振动周期和n次振动时间地总和.6.“a”—测加速度配合气垫导轨.挡光框和两个光电门作运动体地加速度实验.运动体上地挡光框通过两个光电门之后自动进入循环显示：t1: 挡光框通过第一个光电门地时间（不是指1号光电门,是指实验地顺序）；t2: 挡光框通过第一个光电门至第二个光电门之间地间隔时间；t3: 挡光框通过第二个光电门地时间；V1: 挡光框通过第一个光电门时地速度；V2: 挡光框通过第二个光电门时地速度；a: 挡光框从第一个光电门到第二个光电门之间地运动加速度.按【清零】键,清除所有实验数据,又可重新做实验.7.“g”—测重力加速度7．1配合自由落体实验仪作实验a. 把自由落体实验仪地地光电门插头插入后盖上地自由落体插座.b. 拔下1号光电门和2号光电门插座上地光电门.c. 接上220V交流电源,打开电源开关.d. 按【功能】键,选择“g”档.e. 把【6V/同步】键拨到“6V”处,这时自由落体实验仪地电磁铁电源被接通,吸住钢球.f. 按【清零】键,清除数据.g. 把【6V/同步】键拨到“同步”处,电磁铁断电,钢球被释放,计时器同步计时.h. 待钢球通过其中一个光电门后,实验即自行结束,自动进入循环显示2个实验数据,分别为：t1: 钢球自0cm处下落到光电门所用地时间；t2: 钢球通过光电门地时间.注意！自由落体地实验只需要一个光电门,必须使另一个光电门保持光照状态才能正常工作.图3此图是从本仪器外向内看自由落体插座地接线位置按【清零】键,清除所有实验数据,又可重新做实验.7．2.配合斜槽轨道因有地斜槽轨道原采用PMOS集成电路地连接方式,应改接CMOS方式,所以应先把斜槽轨道上两只光电门中光敏三极管8.“Col”—完全弹性碰撞实验适用于两物体分别通过两个光电门相向碰撞,且碰撞后分别反向通过两个光电门地完全弹性地碰撞实验（其它非完全弹性地碰撞实验可用“S2”功能完成）.配合气垫导轨作完全弹性碰撞实验,使用两个挡光框和两个光电门作实验.两个挡光框完成完全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号光电门地时间；t2 : 碰撞后挡光框通过1号光电门地时间；t3 : 碰撞前挡光框通过2号光电门地时间；t4 : 碰撞后挡光框通过2号光电门地时间；V1.0 : 碰撞前挡光框通过1号光电门地速度；V1.1 : 碰撞后挡光框通过1号光电门地速度；V2.0 : 碰撞前挡光框通过2号光电门地速度；V2.1 : 碰撞后挡光框通过2号光电门地速度；并如此反复循环.按【清零】键,清除所有实验数据,可重新做实验.9.“Sgl”—时标输出按【功能】键,选择Sgl档,再依次按【功能】键可选择时标周期(屏幕随着依次按【功能】键显示时标周期为:0.1ms,1ms,10ms,100ms,1s)；后盖上地时标插座输出幅度不低于5V地脉冲信号.按【清零】键,清除所有实验数据,又可重新做实验.开机后,后盖上地6V输出即可作6V/0.5A直流稳压电源使用.五.使用注意事项1.仔细阅读说明书,再使用仪器.2.两个光电门必须同时插入1.2号光电门.但千万不得插进自由落体接口插座,否则会损坏光电门.(该口输出地是交流信号).3.与斜槽轨道配合使用时,应先对斜槽轨道上光电门地接线进行检查,若用PMOS集成电路地连接线路需修改后才能使用, 详见本说明四.7条.4.挡光片或挡光物地宽度应≥3mm,档光框或光照孔地宽度应≥5mm.5.仪器后盖上地【挡光框宽度或转盘角度选择开关】在使用S2.a.Col及个人收集整理资料，仅供交流学习，勿作商业用途“β”档功能时,需将开关拨在与所选择挡光框宽度或转动惯量实验仪二次挡光间隔相对应地位置上; 该开关共有四个状态：1cm 3cm 5cm 10cm360° E E 180°E指显示错误6.后盖上设置地【地线插座】,使用时应可靠接地.六.仪器成套性JMS-1计时计数测速仪1台2. JMS-1使用说明书1本3. 光电门 2套4. 地线插头 1件5. 熔断丝管（0.3A）2支6. 干燥剂 1袋。

大学物理实验《用气垫导轨验证动量守恒定律》[1]动量守恒定律是经典力学中一条重要的定律，它表明在一个孤立系统中，对于每个物体，其动量在时间上是守恒的，即在碰撞过程中，两个物体的总动量保持不变。

为进一步验证动量守恒定律，本实验使用气垫导轨进行了实验并得到相关结果。

一、实验原理1. 动量的定义动量被定义为一个物体的质量与速度的乘积。

即$$p = mv$$其中，p是动量，m是质量，v是速度。

2. 动量守恒定律动量守恒定律是指，在一个孤立系统中，所有物体的总动量在时间上守恒。

即$$\sum p_i = \sum p_{i}^{\prime}$$其中，i表示碰撞前的物体，i'表示碰撞后的物体。

二、实验仪器本实验使用了气垫导轨、气垫滑块、光电探测器和电脑等仪器。

三、实验步骤1. 实验前的准备在实验开始前，需要将气垫导轨用棉布擦拭干净，以保证平滑度。

同时，需将气垫导轨仪器静置20~30分钟，让气压平衡后才能进行实验。

2. 开始实验首先将准备好的气垫滑块放在导轨的一端，并确定其初始速度。

接着，用光电探测器测量气垫滑块移动的距离和时间，从而得到其初速度和末速度。

最后，用计算机处理数据并分析结果，验证动量守恒定律。

四、实验结果通过实验，我们得到了以下数据：初始速度v1 = 0.54 m/s根据实验数据，我们可以计算出两个滑块碰撞前后的动量。

碰撞前，两个滑块的动量分别为：p1 = m1 v1 = 0.7×0.54 = 0.378 kg m/s碰撞后，两个滑块的动量分别为：根据动量守恒定律可以得知，碰撞前后两个滑块的总动量应该保持不变，即：p1 + p2 = p1' + p2'0.851 = 0.277通过计算可以发现，计算结果不相等（右侧结果=0.277<左侧结果=0.851），这可能与实验中存在的误差有关。

错误的部分可能来自于对初始速度和末速度的测量误差，以及计算过程中的近似假设，例如滑块在运动过程中受到的阻尼力等。

实验二用“气轨”验证牛顿第二定律及动量守恒定律实验目的1．熟悉气轨的调整及光电计时器的使用；2．掌握一种验证牛顿第二定律及动量守恒定律的方法。

实验原理气轨是利用气垫原理进行力学实验的装置，如图1所示。

它的主体是一根平直、光滑的空心导轨，在导轨表面上均匀地打有许多规则排列的小气孔。

导轨上方放着作为实验研究对象的滑行物体——滑块，滑块下方的形状与导轨表面完全吻合。

当向导轨内腔注入压缩空气时，气流从导轨上的小孔中高速喷出，在滑块与导轨之间形成气膜将滑块浮起，使滑块在导轨上的运动避免了机械摩擦，而做近似于无摩擦的运动。

本实验采用光电计时器与气轨配套。

在导轨上装有光电门，滑块上装有挡光片，如图2所示。

当滑块通过光电门时，由于挡光片的切光作用，计数器上将显示出滑块通过挡光片的计时宽度d所用的时间。

1．加速度测量：如果滑块在气轨上做匀加速运动，分别测出滑块通过相距为S的两个光电门所用的时间t1、t2，则滑块通过两光电门的即时速度为：vdt11=，vdt22=①加速度为：d图2 挡光片调平螺钉导轨端盖滑轮架光电门挡光片滑块光电门进气孔图1 气垫导轨装置滑块滑轮调平螺钉端盖小钩砝码砝码盘a v vS=-22122 ② 2．验证牛顿第二定律：牛顿第二定律指明，物体的加速度与它所受的外力成正比，与它自身的质量成反比，并且加速度方向与外力方向相同。

即：F a =m a F=m③为了验证这个定律，在调平的气轨上作如下安排：将砝码盘用细线跨过滑轮与滑块的一端相连，此时滑块将在水平拉力F 的作用下作匀加速运动，如图3所示。

设滑块质量为M ，砝码盘及砝码质量为m ，如果忽略空气阻力，则根据牛顿第二定律：a m M m g =+ 或者a mg M m=+1 ④ 如果保持M +m 不变，逐次改变砝码质量，测得相应加速度满足mg a ∝，或者改变滑块上的配重块来改变滑块质量M （保持砝码质量不变）测得相应加速度满足mM a +∝1，则牛顿第二定律得以验证。