磁性枪 4期

要解释磁性枪现象，需要先了解动量守恒定律。很多人都见过牛顿摆，在牛顿摆中，当一侧的钢球摆下来，撞击其他几个球时，因为它们的质量和几何外形一致，而且重心在同一水平线上，所以动量完全传递给了另一侧最外端的球。

在本实验中，取走弱磁铁1后，小钢球2沿导轨向右滑动，并在强磁铁的磁力作用下，开始加速向强磁铁方向运动，由于磁力的大小与强磁铁和小钢球2的距离平方成反比，所以在运动过程中磁力急剧增大，小钢球2的加速度和速度也急剧增大，使得小钢球2在与强磁铁碰撞的一瞬间已经获得了较大的速度，而观察者却难以注意到。

如果小钢球2与强磁铁的质量相等，它们之间的碰撞也可以近似认为是一种弹性碰撞，那么速度可交换，即小钢球2撞击强磁铁时，速度可转换成强磁铁另一侧最外端的小钢球1射出时的速度，且由于此速度较大，足以使射出的小钢球1能沿斜面爬上30厘米的高度。从功能转换的原理来分析，强磁铁的引力对小钢球2做功，使小钢球2获得动能，小钢球2与强磁铁、强磁铁与另一侧的小钢球之间依次发生能量传递，使速度依次传递，最后小钢球1得以高速射出。小钢球1具有的动能在斜面上转化为重力势能，最后被斜面顶端的弱磁铁吸住而停留在斜面顶端。在整个实验过程中遵守功能原理和能量守恒原理，而文章开头所说的问题，则是由于人眼的错觉造成的。

问题思考：

1.如果出射区水平轨道足够长，阻力足够小，则小钢球1的运动情况又是如何？

2.如果出射区水平轨道足够长，阻力足够小，并在中途分级放上多级强磁铁，那小钢球1是否可以获得更大的速度？

3.如果出射区水平轨道做成水平面内的弧形，并且是螺旋状，那小钢球1的运动情况又是如何？

观察下面这个磁性枪的实验，会发现一个奇怪的现象：一侧的小钢球以很小的速度发生碰撞后，另一侧的小钢球却能以较大的速度射出去，这似乎违背了完全弹性碰撞中碰撞前后的能量守恒原理（精彩实验视频请参见中学科技官方微博：/zhongxuekeji）。这是真的吗？要解释这个现象先来了解一下这个实验到底是怎么回事。

演示实验

取走导轨上的弱磁铁1，原来被弱磁铁1吸住的小钢球2向右侧慢慢滚动（入射区轨道稍有坡度，右低左高），强磁铁被撞，处于强磁铁另一侧最外端的小钢球1，以较大的速度射出，因为水平轨道长度有限，所以右侧轨道做成弧形上翘，小钢球1上升碰到弱磁铁2被吸住。

实验装置详解

实验贴士

1.强磁铁磁性很强，要注意安全，当心手指被夹伤。

2.平时要罩上防护罩，避免铁磁性物体被吸住。

3.要达到最好的实验效果，小钢球2与强磁铁的距离、强磁铁右侧小钢球的数量应根据使用的磁铁经反复实验得出。如本实验中得出，强磁铁右侧的小钢球数为4个时，小钢球1射出的速度最大。

4.入射区的导轨要稍有坡度，以提升效果。