中正大學電機系之研究室介紹

一、實驗目的

   驗證動量守恆定律。

二、實驗原理：

    當一物理系統所受合力為零時，則系統之總動量守恆；此實驗考慮兩物體(台車)進行一維直線運動，在合力為零的情況下，碰撞前與碰撞後之總動量不變，即：

        P = P_1i + P_2i = P_1f + P_2f = 定值       (1)

其中 P_{1i 、 P2i}  為兩物體碰撞前之動量， P_{1f 、 P2f}  為兩物體碰撞後之動量。假設為完全彈性碰撞，則此實驗系統之總機械能亦守恆。若考慮系統摩擦力之因素，則摩擦力永遠對物體之運動做負功，其效果為減低物體之動能亦即減少運動之速度，故(1)式應改寫為：

      P_1i + P_2i = P_1f + P_2f + ΔP_{friction    (2)}

      其中ΔP_friction  為摩擦力對系統所加之衝量(impulse)，表示摩擦力造成可測得的總動量之損失。

假設 ΔP_friction 為常數，若我們以系統碰撞前之初始總動量為 X 軸，碰撞後之總動量為 Y 軸作圖，則(1)式與(2)式皆預測其斜率為 1。但當ΔP_friction與物體之質量及速度有關時，則(2)式預測之斜率可能不為 1。

三、實驗儀器：

滑軌 1 組

光電閘固定架 2 個

光電閘 2 個

滑車 2 台

光電閘遮光片 2 片

彈簧固定架 1 個

重物(鐵片) 4 片

水平儀 1 個

PASCO 1 台

四、實驗內容：

1、架設水平軌道使台車在軌道上可做一維直線運動，且台車之運動不受重力之影響，台車之初動量可由台車之質量及車速調整，利用光電閘量測兩台車在碰撞前後之瞬時速度，以台車與台車之碰撞來觀察並驗證動量守恆。

2、將兩台車碰撞前之總動量定為橫座標，碰撞後之總動量定為縱座標作圖，以趨勢線之斜率驗證動量守恆定律。