气垫导轨验证动量定理

实验目的

验证合外力的冲量等于物体动量的变化量（动量定理）。

实验原理

动量定理：Ft = mv2 - mv1。对滑块和钩码整体，导轨通气后摩擦近似为零，合外力等于钩码重力 mg。滑块经过两光电门的速度由 v = d/Δt 求得，t 为两光电门间的时间间隔。验证 mgt = (M+m)(v2 - v1)，M 为滑块质量，m 为钩码质量。

实验器材

• 气垫导轨及气源
• 滑块
• 挡光片
• 两个光电门
• 数字计时器
• 钩码、细线和滑轮
• 天平
• 游标卡尺

实验步骤

1. 通气后调节导轨水平，轻推滑块应基本做匀速运动
2. 测 M、m 和挡光片宽度 d，装好两个光电门
3. 钩码通过细线连接滑块，释放，读出两次挡光时间及间隔 t
4. 算出 v1、v2，计算冲量 mgt 和动量变化 (M+m)(v2 - v1)
5. 改变钩码质量重复实验，比较两者大小

实验现象与结论

在误差范围内，mgt 与 (M+m)(v2 - v1) 相等，说明合外力的冲量等于动量的变化量，动量定理成立。误差来自残余阻力、导轨未完全水平以及用平均速度代替瞬时速度。

注意事项

• 先通气再放滑块，禁止无气时在导轨上滑动
• 滑块不要撞击导轨端点
• 细线保持与导轨平行

常见问题

动量定理的表达式是什么？

Ft = mv2 - mv1，即合外力的冲量等于物体动量的变化量。

为什么要把钩码和滑块作为整体研究？

整体的合外力就是钩码重力 mg，无需假设拉力等于 mg，也不要求 m 远小于 M。