外力的大小成正比。
从（5）式中还可见，当滑块系统所受的合外力F一定时，a?1。改变滑块的质
(M?m)量，测量一组在不同质量下的滑块的加速度值a，以
1为横坐标，以a为纵坐标，
(M?m)作a~11曲线，观测该图的特征。若所绘制的a~图为过原点的直线，其
(M?m)(M?m)平均斜率近似为F，即可验证：物体所获得的加速度的与物体的质量成反比。
由此可验证牛顿第二定律。
4、动量守恒定律
在水平的气垫导轨上，滑块运动时受到的粘滞阻力很小，若不计这一阻力，则滑块系统受到的合外力为零，两滑块作对心碰撞时前后的总动量守恒。
??m2v2? (6) m1v1?m2v2?m1v1?、v2?分别为碰m1、m2分别为两个滑块的质量，v1、v2分别为碰撞前两个滑块的速度，v1撞后两个滑块的速度。应该注意的是，计算时必须选择一个方向为正，反方向为负。 牛顿在研究碰撞现象时曾提出恢复系数的概念，定义恢复系数e???v1?v2。当e?1时为
v2?v1完全弹性碰撞，e?0时为完全非弹性碰撞， 0?e?1时为非完全弹性碰撞。完全弹性碰撞是一个理想物理模型。实验所用的滑块上的碰撞弹簧是钢制成的，e值在0.95左右，虽然接近于1，但差异还是明显的。因此在气垫导轨上一般难以实现完全弹性碰撞。我们只是在非完全弹性和完全非弹性两种条件下进行实验。在这两种条件下，虽然动能不守恒，但动量是守恒的。
为使实验简便，在碰撞前我们可以将滑块静止在两个光电门之间，使v2?0，这样对于完全弹性碰撞，有
??m2v2? (7) m1v1?m1v1对完全非弹性碰撞，有
m1v1??m1?m2?V (8)
V为两个滑块连在一起后的共同速度。
为检验实验结果的准确程度，可以引入动量百分差的概念，定义动量百分差
E????mv???mv??100% (9)
??mv?是碰撞前系统的总动量，???mv?是碰撞前、后系统的总动量差。一般情况下，
如果E?5%，我们就可以认为系统动量守恒了。
21
5、实验装置
四 实验步骤
1、气垫导轨的水平调节
对气垫导轨的水平调节是进行气垫导轨实验必须掌握的一项基本技能。调节水平的方法有静态和动态两种。实验时应先静态调平，再动态调平。
（1）静态调节法：接通气源，用手测试导轨，若感到导轨两侧气孔明显有气流喷出，则通
气状态良好。把装有挡光片的滑块轻置于导轨上，若滑块总向导轨一头定向滑动，则表明导轨该头的位置相对较低，可调节导轨一端的单脚螺钉，使滑块在导轨上保持不动或稍微左右摆动而无定向移动，那么导轨已调水平。
（2）动态调节法：调节两光电门的间距，使之约50cm（以指针为准）。打开数字计数器开
关，导轨通气良好后，放上滑块，使之以某一初速度在导轨上来回滑行。设滑块经过
两光电门的时间分别为?t1和?t2，观察?t1和?t2的数据，若考虑空气阻力的影响，滑块经过第一个光电门的时间?t1总是略小于经过第二个光电门的时间?t2（两者相差2%以内），就可认为导轨已调水平。否则根据实际情况调节导轨下面的单脚螺钉，反复观察，直到计算左右来回运动对应的时间差（?t1??t2）大体相同为止。 2、测定速度
用游标卡尺测量?x。将数字计时器功能键置于“计时”挡,使滑块在气垫导轨上运动,计时器显示屏依次显示出滑块经过两光电门的时间间隔，用式（1）计算出相应的速度v1和v2。 3、测定加速度
步骤如实验一加速度的测定 4、验证牛顿第二定律
在滑块上加5个砝码，用上述方法测定滑块运动的加速度。再将滑块上5个砝码分5次
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从滑块上移至砝码盘中。重复上述步骤，验证：物体质量不变时，加速度大小与外力大小成正比。
保持滑块所受外力不变，使砝码盘中的砝码质量不变，测定滑块运动的加速度。将5个砝码逐次加置滑块上改变滑块的质量，验证：物体所获得的加速度与物体的质量成反比。 5、验证动量守恒定律 （1）完全弹性碰撞
1）、将气垫导轨调成水平状态
（若前一个实验已经调平，此步可不必再做。但若导轨位置被推动过，则应重新调平。）
2）、在两滑块的端部装上碰撞弹簧。用电子天平称量两个滑块的质量m1和m2。配重块装在滑块1上，m1包括滑块1和配重块两个部分的质量。
3）、将光电门1、2的插头分别插在电脑计数器的P1、P2两个插孔上，电脑计数器的功能键选择“碰撞”档。为减小因阻力造成的损失，两个光电门之间的距离应尽量小些，只要满足碰撞时两个滑块的挡光条都在两个光电门之间即可，一般约在30cm—40cm之间。
4）、将滑块2放在两光电门之间靠近光电门2的地方，令其静止（v2?0），中速轻推滑块1，使两者作对心碰撞。测出两滑块碰撞前、后的速度，计算碰撞前后的动量，验证动量守恒定律。注意速度的正负。重复操作4次，其间，两个滑块的位置也可调换。数据记录见下表3.
（2）完全非弹性碰撞
1）、在两个滑块的端部装上尼龙搭扣，再次称量两滑块的质量。 2）、滑块2静止在两光电门之间，滑块1运动，碰撞后两滑块连在一起。测出两滑块碰撞前、后的速度。重复操作4次。验证动量守恒定律。数据记录见下表4.
五 数据处理
1、验证牛顿第二定律
（1）系统质量不变，合外力改变
两光电门间距离x2?x1?50cm 两挡光片对应边的距离?x滑块质量M= 砝码盘质量m0? 5g 砝码质量m? 5g 滑块系统质量表1. F ?1cm
M系?(M?5m)g?
a(m/s2) ?t1(ms) v1(m/s) ?t2(ms) v2(m/s) a理(m/s2) m0g (m0?m)g 23
(m0?2m)g (m0?3m)g (m0?4m)g (m0?5m)g 以F为横坐标，以a为纵坐标，在方格纸上作a?F曲线，求出其平均斜率K.
（2）合外力不变，系统质量改变
F?m0g? M滑块?
表2
F ?t1 v1 ?t2 v2 a a理 m0g (m0?m)g (m0?2m)g (m0?3m)g (m0?4m)g (m0?5m)g 以K.
1为横坐标，以a为纵坐标，在方格纸上作a?M曲线，求出其平均斜率m0?M
2、验证动量守恒定律
表3. 完全弹性碰撞（m1? kg，m2? kg） 项目 v1(m/s) xia次序 1 2 3 4 ?(m/s)v1 ?(m/s)v2 m1v1(kg?m/s) ??m2v2?(kg?m/s)m1v1 动量百分差E 24