(1)在彈性限度內(nèi),彈簧彈力的大小與彈簧伸長(或縮短)的長度的比值,叫做彈簧的勁度系數(shù).為了測量一輕彈簧的勁度系數(shù),某同學進行了如下實驗設計:如圖所示,將兩平行金屬導軌水平固定在豎直向下的勻強磁場中,金屬桿ab與導軌接觸良好,水平放置的輕彈簧一端固定于O點,另一端與金屬桿連接并保持絕緣.在金屬桿滑動的過程中,彈簧與金屬桿、金屬桿與導軌均保持垂直,彈簧的形變始終在彈性限度內(nèi),通過減小金屬桿與導軌之間的摩擦和在彈簧形變較大時讀數(shù)等方法,使摩擦對實驗結(jié)果的影響可忽略不計.
請你按要求幫助該同學解決實驗所涉及的兩個問題.
①幫助該同學完成實驗設計.請你用低壓直流電源(
)、滑動變阻器(
)、電流表(
)、開關(
)設計一電路圖,畫在圖中虛線框內(nèi),并正確連在導軌的C、D兩端.
②若已知導軌間的距離為d,勻強磁場的磁感應強度為B,正確連接電路后,閉合開關,使金屬桿隨擋板緩慢移動,當移開擋板且金屬桿靜止時,測出通過金屬桿的電流為I
1,記下金屬桿的位置,斷開開關,測出彈簧對應的長度為x
1;改變滑動變阻器的阻值,再次讓金屬桿靜止時,測出通過金屬桿的電流為I
2,彈簧對應的長度為x
2,則彈簧的勁度系數(shù)k=
.
(2)氣墊導軌(如圖甲)工作時,空氣從導軌表面的小孔噴出,在導軌表面和滑塊內(nèi)表面之間形成一層薄薄的空氣層,使滑塊不與導軌表面直接接觸,大大減小了滑塊運動時的阻力.為了驗證動量守恒定律,在水平氣墊導軌上放置兩個質(zhì)量均為a的滑塊,每個滑塊的一端分別與穿過打點計時器的紙帶相連,兩個打點計時器所用電源的頻率均為b.氣墊導軌正常工作后,接通兩個打點計時器的電源,并讓兩滑塊以不同的速度相向運動,兩滑塊相碰后粘在一起繼續(xù)運動.圖乙為某次實驗打出的、點跡清晰的紙帶的一部分,在紙帶上以同間距的6個連續(xù)點為一段劃分紙帶,用刻度尺分別量出其長度s
1、s
2和s
3.若題中各物理量的單位均為國際單位,那么,碰撞前兩滑塊的動量大小分別為
、
,兩滑塊的總動量大小為
;碰撞后兩滑塊的總動量大小為
.重復上述實驗,多做幾次.若碰撞前、后兩滑塊的總動量在實驗誤差允許的范圍內(nèi)相等,則動量守恒定律得到驗證.