Question

某同学利用气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”的实验；气垫导轨装置如图所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架、光电门等组成。

(1)下面是实验的主要步骤：

①安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；

②向气垫导轨通入压缩空气；

③接通光电计时器；

④把滑块2静止放在气垫导轨的中间；

⑤滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；

⑥释放滑块1，滑块1通过光电门1后与左侧固定弹簧的滑块2碰撞，碰后滑块1和滑块2依次通过光电门2，两滑块通过光电门2后依次被制动；

⑦读出滑块通过两个光电门的挡光时间分别为：滑块1通过光电门1的挡光时间Δt₁＝10.01 ms，通过光电门2的挡光时间Δt₂＝49.99 ms，滑块2通过光电门2的挡光时间Δt₃＝8.35 ms；

⑧测出挡光片的宽度d＝5 mm，测得滑块1(包括撞针)的质量为m₁＝300 g，滑块2(包括弹簧)的质量为m₂＝200 g；

(2)数据处理与实验结论：

①实验中气垫导轨的作用是：

A．_______________________________________________________________________；

B．_______________________________________________________________________。

②碰撞前滑块1的速度v₁为________ m/s；碰撞后滑块1的速度v₂为________ m/s，滑块2的速度v₃为________ m/s；(结果保留两位有效数字)

③在误差允许的范围内，通过本实验，同学们可以探究出哪些物理量是不变的？通过对实验数据的分析说明理由。(至少回答2个不变量)。

a．______________________________________________________________________；

b．______________________________________________________________________。

Answer

①A.大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差． B.保证两个滑块的碰撞是一维的． ②0.50 0.10 0.60 ③a.两滑块质量与速度的乘积之和不变．

b.两滑块质量与速度平方的乘积之和不变． c.系统碰撞前后质量不变．

【解析】（1）①a、大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差．
b、保证两个滑块的碰撞是一维的．  
②滑块1碰撞之前的速度 ；
 滑块1碰撞之后的速度 ；  
滑块2碰撞后的速度 ；
③a、系统碰撞前后总动量不变．
原因：系统碰撞之前的动量m1V1=0.15kgm/s   系统碰撞之后的动量m1V2+m2V3=0.15kgm/s  
b．碰撞前后总动能不变．
原因：碰撞前的总动能Ek1=m1V12/2=0.0375J   碰撞之后的总动能Ek2=m1V22/s+m2V32/2=0.0375J，
所以碰撞前后总动能相等．
c．碰撞前后质量不变．