實驗裝置如圖5所示,在長木板A上,J是有圓孔的頂板,試驗小球(玻璃彈子)從這裏下落。B是兩塊定位板,保持浮子D在豎直方向移動。在下麵一塊定位板上固定有一塊小薄板H,兩者間留有空隙。盛水的玻璃筒放於固定在A上的底板上。
浮子D是在乒乓球上,用萬能膠粘上一個用幻燈膠片做成的圓錐麵做成的,注意不要漏水進去。
浮子D和小桶C(用塑料藥瓶做成)固定在細長的輕杆L(可用編織毛衣的空心鋁針)的兩端,杆L穿過兩定位板上的定位孔,浮子浸沒在玻璃筒內的水中。杆L上鑽一個小孔,固定一顆銷釘G,由於下麵定位板擋住銷釘,使浮子不致浮出水麵。在銷釘G上拴一根細軟的棉線I,棉線穿過B、H兩板間的空隙,另一端吊一塊用輕泡沫塑料紙片做成的三角形指標E。在木板A上畫有刻度,浮子未下沉時,指標指在零刻度上;浮子下沉時,棉線拉著指標上移,指示浮子下沉的深度。當浮子再向上浮起時,由於指標很輕,棉線很軟,又受到板H的摩擦,指標不會下墜,從而記錄下浮子下沉的最大深度。
為了減弱實驗小球與小桶底的撞擊,並保證小球不致被反彈回去,在桶底和桶壁都墊上泡沫塑料。
用內徑大於實驗小球直徑的玻璃管,經熱加工成圖6(a)所示的形狀,作為小球降落時的弧形軌道。玻璃管固定在一薄板上,使用時用夾子安裝在板A上,上端正對頂板J上的小孔,下端正對小桶C。
再用光滑的細鐵絲做一個離心軌道,如圖6(b)。離心軌道也固定在一薄板上,使用時用夾子安裝在板A上,上端與頂板J在同一水平線上,末端正對小桶C。
實驗方法
將板A豎直地掛在牆上或立在鐵架台上,注意指標是否指在零刻度。
把玻璃放在頂板J的孔中,下麵用硬紙板支承著。很快地撤去紙板,讓彈子自由下落到小桶C中,浮子D下沉,估讀並記下指標E上移的刻度數。取出彈子,浮子回到原始位置,並把指標移回零刻度。重複實驗幾次,取幾次所讀刻度數的平均值。如果彈子反彈出小桶外,該次實驗不計入。
將圖6(a)所示的玻璃管固定在板A上,按上述方法,讓彈子經弧形軌道落入小桶C中。重複實驗幾次,取所讀度數的平均值。
取走玻璃管,換上圖6(b)所示的離心軌道。讓彈子從軌道的頂端沿軌道落入小桶C中。重複實驗幾次,取幾次刻度數的平均值。比較上述三種情況的結果,可以驗證:重力作功隻跟始末兩點的高度差有關。在演示實驗允許的誤差範圍內,上述三個平均值是吻合得比較好的。
注意事項
(1)玻璃彈子、小桶、輕杆和浮子的總重要小於浮子所受的浮力。
(2)要盡可能減小杆L與兩定位孔之間的摩擦。
(3)玻璃管內壁和離心軌道都要盡可能光滑,使它們對彈子的摩擦對彈子的運動影響不太顯著。
(4)實驗時,彈子的起始高度保持相同,初速度為零。
“碰撞中的動量守恒”實驗的改進“碰撞中的動量守恒”實驗是一個經典實驗,它所具有的轉化被測量的物理思想和能定量驗證的優點,都是其他方法所不能替代的。縱觀“碰撞中的動量守恒”實驗,因教材要求的是驗證斜碰時的動量守恒,所以絕大多數學校所配備的儀器都是與之相對應的J2135型碰撞實驗器,該實驗器的一個特點是支柱在半圓形的可動圓弧上。以後教材隻要求檢證一條直線上的動量守恒,現行課本(選修)也是如此。為了與現行教材相適應,極少部分學校配備了J2135-1型碰撞實驗器。該實驗器的特點是支柱可以轉動並傾斜,從而避免了球與支柱的撞擊。