Question

2．气垫导轨是常用的一种实验仪器，它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫，使滑块悬浮在导轨上，滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦．我们可以用带竖直挡板C和D的气垫导轨以及滑块A和B来验证动量守恒定律，实验装置如图所示（弹簧的长度忽略不计），采用的实验步骤如下：

a．用天平分别测出滑块A、B的质量m_A、m_B．
b．调整气垫导轨，使导轨处于水平．
c．在A和B间放入一个被压缩的轻弹簧，用电动卡销锁定，静止放置在气垫导轨上．
d．用刻度尺测出A的左端至C板的距离L₁．
e．按下电钮放开卡销，同时使记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作．当A、B滑块分别碰撞C、D挡板时停止计时，记下A、B分别到达C、D的运动时间t₁和t₂．
①实验中还应测量的物理量及其符号是B的右端至D板的距离L₂．
②作用前A、B两滑块质量与速度乘积之和为0；作用后A、B两滑块质量与速度乘积之和为m_A$\frac{L_{1}}{t_{1}}$-m_B$\frac{L_{2}}{t_{2}}$．
③作用前、后A、B两滑块质量与速度乘积之和并不完全此昂等，产生误差的原因有
（1）测量m_A、m_B、L₁、L₂、t₁、t₂时带来的误差，（2）气垫导轨不水平（至少答出两点）

Answer 1

分析 ①要验证动量守恒定律需要知道物体的质量和速度，而速度可以用位移与时间的比值代替，故要测B的位移；
②根据给出的条件测出速度，从而求出作用前后的质量与速度乘积的和；
③分析实验原理和表达式，从而找出产生误差的原因．

解答 解：①因系统水平方向动量守恒，即：m_Av_A-m_BV_B=0
由于系统不受摩擦，故滑块在水平方向做匀速直线运动故有：
v_A=$\frac{L_{1}}{t_{1}}$
v_B=$\frac{L_{2}}{t_{2}}$，
即为m_A$\frac{L_{1}}{t_{1}}$-m_B$\frac{L_{2}}{t_{2}}$=0．
所以还要测量的物理量是：B的右端至D板的距离L₂．
②作用前两滑块均保持静止，故A、B两滑块质量与速度乘积之和为0；
作用后，根据（1）中表达式可知，A、B两滑块质量与速度乘积之和为m_A$\frac{L_{1}}{t_{1}}$-m_B$\frac{L_{2}}{t_{2}}$；
③由①分析可知验证动量守恒定律的表达式是m_A$\frac{L_{1}}{t_{1}}$-m_B$\frac{L_{2}}{t_{2}}$=0．．
产生误差的原因是测量m_A、m_B、L₁、L₂、t₁、t₂时带来的误差；气垫导轨不水平；滑块与气垫导轨间有摩擦等．
故答案为：①B的右端至D板的距离L₂；②0；m_A$\frac{L_{1}}{t_{1}}$-m_B$\frac{L_{2}}{t_{2}}$；③测量m_A、m_B、L₁、L₂、t₁、t₂时带来的误差；气垫导轨不水平（或滑块与气垫导轨间有摩擦等）．

点评 本题考查验证动量守恒定律的实验；利用位移或位移与时间的比值表示物体的速度是物理实验中常用的一种方法，要注意掌握．