碰撞动量守恒实验报告

1、大学物理仿真实验碰撞与动量守恒教育资料.一、实验简介：动量守恒定律和能量守恒定律在物理学中占有非常重要的地位。力学中的运动定理和守恒定律最初是冲牛顿定律导出来的，在现代物理学所研究的领域中存在很多牛顿定律不适用的情况，例如高速运动物体或微观领域中粒子的运动规律和相互作用等，但是能量守恒定律仍然有效。因此，能量守恒定律成为了比牛顿定律更为普遍适用的定律。本实验的目的是利用气垫导轨研究一维碰撞的三种情况，验证动量守恒和能量守恒定律。定量研究动量损失和能量损失在工程技术中有重要意义。同时通过实验还可提高误差分析的能力。二、实验内容：,研究三种碰撞状态下的守恒定律1（1）取两滑块 m、m,且m>

2、m ,用物理天平称 m、m的质量（包括挡光片）。2i22ii将两滑块分别装上弹簧钢圈，滑块 m置于两光电门之间（两光电门距离不可太远），2使其静止， 用m碰m,分别记下 m通过第一个光电门的时间A t和经过第二个光电10112教育资料.学资学习网门的时间A t,以及m通过第二个光电门的时间At,重复五次，记录所测数据，数据 212 o表格自拟，计算、）分别在两滑块上换上尼龙搭扣，重复上述测量和计算。（2）分别在两滑块上换上金属碰撞器，重复上述测量和计算。（3.验证机械能守恒定律2（1） a=0时，测量 m、m'、m、s、v、v,计算势能增量 mgs和动能增量e2i,重复五次测量， 数据

3、表格自拟。（2）时，（即将导轨一端垫起一固定高度h,）,重复以上测量。三、实验原理：如果一个力学系统所受合外力为零或在某方向上的合外力为零，则该力学系统总动量守恒或在某方向上守恒，即）（1实验中用两个质量分别为m、m的滑块来碰撞（图 4.1.2-1 ）,若忽略气流阻力，21根据动量守恒有）2（教育资料.对于完全弹性碰撞，要求两个滑行器的碰撞面有用弹性良好的弹簧组成的缓冲器，我们可用钢圈作完全弹性碰撞器；对于完全非弹性碰撞，碰撞面可用尼龙搭扣、橡皮泥或油灰；一般非弹性碰撞用一般金属如合金、铁等，无论哪种碰撞面，必须保证是对心碰撞。当两滑块在水平的导轨上作对心碰撞时，忽略气流阻力，且不受他任何水平

4、方向外力的影响，因此这两个滑块组成的力学系统在水平方向动量守恒。由于滑块作一维运动，式（2）中矢量v可改成标量，的方向由正负号决定，若与所选取的坐标轴方向相同则取正号，反之，则取负号。1 .完全弹性碰撞完全弹性碰撞的标志是碰撞前后动量守恒，动能也守恒，即)两式可解得碰撞后的速度为43由()、(教育资料.(5)(6),则有=0如果V20(7)(8)动量损失率为(9)能量损失率为(10)理论上，动量损失和能量损失都为零，但在实验中，由于空气阻力和气垫导轨本身的原因,不可能完全为零，但在一定误差范围内可认为是守恒的。2.完全非弹性碰撞教育资料.碰撞后，二滑块粘在一起以10同一速度运动，即为完全非弹性

5、碰撞。在完全非弹性碰撞中，系统动量守恒，动能不守恒。(11)，则有=0在实验中，让V 20(12)(13)动量损失率(14)动能损失率(15)学资学习网3. 一般非弹性碰撞一般情况下，碰撞后，一部分机械能将转变为其他形式的能量，机械能守恒在此情况已不适用。牛顿总结实验结果并提出碰撞定律：碰撞后两物体的分离速度与碰撞前两物体的接近速度成正比，比值称为恢复系数，即 教育资料.(16)恢复系数e由碰撞物体的质料决定。E值由实验测定，一般情况下0<e<1 ,当e=1时，为完全非弹性碰撞。时，为完全弹性碰撞；e=04.验证机械能守恒定律如果一个力学系统只有保守力做功，其他内力和一切外力都不作

6、功，则系统机械能守恒。如图4.1.2-2所示，将气垫导轨一端加一垫块，使导轨与水平面成a角，把质量为m的祛码用细绳通过滑轮与质量 m的滑块相连，滑轮的等效质量为 m,根据机械能守e恒定律，有 (17)式中s为祛码m下落的距离，v和v分别为滑块通过 s距离的始末速度。 如果将21导轨调 成水平，则有 教育资料.(18)在无任何非保守力对系统作功时，系统机械能守恒。但在实验中存在耗散力，如空气阻力 和滑轮的摩擦力等作功，使机械能有损失，但在一定误差范围内可认为机械能是守恒的。四、实验仪器及使用方法：:1、气垫导轨装置主要由气轨、气源、滑块、挡光片、光电门、游标卡尺、米尺和光电计时装置等。运用本实验

7、仪器可做多种实验，比如平均速度和瞬时速度、匀速直线运动的研究、 牛顿 第二定律的验证、完全非弹性碰撞、非完全弹性碰撞、重力势能与平动动能等。气垫导轨是以空气作为润滑剂，近似无摩擦的力学实验装置。导轨由优质三角铝合金管制成，长约2m,斜面宽度约7cm,管腔约18.25cm , 一端密封，一端通入压缩空气。铝管向上的两个外表面钻有许多喷气小孔，压缩空气进入管腔后，从小孔喷出。导轨的一端装有滑轮，导轨的二端装有缓冲弹簧，整个导轨安装在工字梁上，梁下有三个支脚，调节支脚螺丝使气垫保持水平。:、滑块和挡光片 2滑块采用特制的带有五条细螺纹槽的人字型铝合金，便于安装各种附件，下表面与气轨相吻合，碰撞中心在

8、质心平面内。挡光片的结构分长方型和U型两种。教育资料.3、滑块的接触面：不同的接触面导致不同的碰撞效果。4、：光电门光电计时系统由光电门和数字毫秒计或电脑计时器构成。光电门安装在气轨上，时间由数字毫秒计或电脑计时器测量。5、电脑计时器、气源：6 气源是向气垫导轨管腔内输送压缩空气的设备。要求气源有气流量大、供气稳定、噪音小、能连续工作的特点，一般实验室采用小型气源， 气垫导轨的进气口用橡皮管和气源相连，进入导轨内的压缩空气，由导轨表面上的小孔喷出，从而托浮起滑块，托起的以上。0.1mm高度一般在五、实验数据记录与处理：1、完全弹性碰撞：教育资料.学资学习网1 J$M il同iw0.(951洒I

9、2.9G12.S4d如“生精1.7a9 a9一鸣9lMEGQ&MbJ3N 4fi3R.O48«3L>m叫7BJD786377JC7r.2B修|103,in?,?5101 £3HI.&101.5?11Vajcm/? |26.002S.99国S3S5.«9% - JOfi.fl /Al>P-1.31X0.S5XQ.10K。£雌0,呢先lb - i 鼠z t1E2.47%D.54HIJ1;K2J5%2.4336第«. (K1 ancLim/曲蚂占ux她冽怅般弹性碰撞：2j3|1|4* IM'ITI?1 112./3

10、12.91139112.BZ12里al I?III KF1 口船1CJ?mPBfl1DLMAi i(m 131,S3?.073Z.Z1FH:i".部ze.tn“JO“小¥ | tnh. i)97,7292.179£,EK31.91噩.25ILHli31.233LUb31.DOJim也21%IJiJfT%n.4i>KIJ?7»JTj'FSSH并13闱%IPJSXe70.75M79.67%79.I7K70.4QK79. HK=剧触口工50. 0 4学资学习网3、完全非弹性碰撞：教育资料.,救出记父EnaW134E110112X113J£

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12、符合动量守恒规律。0<e<1e=0时，为完全非弹性碰撞，e=1E值在实验测定，当时，为完全弹性碰撞；时,为一般弹性碰撞 误差分析：，产生实验误差。实验中，物块在滑动时，受到一些摩擦力1、另外可能 气垫导轨未真正调平，使一部分重力做功，影响了实验的准确性。、2实验仪器的精确度未达到要求。、3教育资料.七、思考题：1、碰撞前后系统总动量不相等，试分析其原因。答：因为实验中，物块在滑动时，受到一些摩擦力，产生实验误差，另外可能气垫导轨未真正调平，使一部分重力做功，影响了实验的准确性，导致了系统总动量不守恒。2 、恢复系数e 的大小取决于哪些因素？答：取决于碰撞接触面的特性，碰撞物体的质料。3、你还能想出验证机械能守恒的其他方法吗？答：由一个1/4 半径为 R