Question

22.(17分) (1)在彈性限度內，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。為了測量一輕彈簧的勁度系數，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，通過減小金屬桿與導軌之間的摩擦和在彈的形變較大時讀數等方法，使摩擦對實驗結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，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I₁,記下金屬桿的位置，斷開開關，測出彈簧對應的長度為x₁;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I₂,彈簧對應的長度為x₂,則彈簧的勁度系數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，在紙帶上以同間的6個連續點為一段劃分紙帶，用刻度尺分別量出其長度s₁、s₂和s₃.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相等，則動量守恒定律得到驗證。

Answer 1

22．（17分）解：（1）①設計的電路如圖。（只要電路能正常工作且電流表測量的是通過ab的電流，電路設計就算正確。）（3分）

②（3分）

（2）0.2abs₃       （2分）；          0.2abs₁           (2分)；（第1、2空答案可互換）

0.2ab(s₁-s₃)           （4分）；             0.4abs₂           （3分）