PASCO物理组合实验系列动力学组合实验-20151215t

1、 PASCO物理组合实验系列动力学组合实验上海交通大学物理实验中心目 录 引言实验1 爆炸时动量守恒1实验2 碰撞中动量守恒3实验3 简谐振子5实验4 斜面上的振动8实验5 弹簧的串、并联10实验6 牛顿第二定律12实验7 牛顿第二定律13实验8 沿斜面下滑的加速度15实验9 能量守恒17实验10 扩展性推荐实验20实验A 质心不变20实验 二小车和三弹簧的振动模式20 实验 牛顿第二定律（）20 实验 阻尼运动20 实验 用气球推进的火箭车20 实验 三辆小车和四根弹簧的振动模式20 实验 多重弹性碰撞20 实验 多重非弹性碰撞20补充部分：传感器推荐实验21 转动位移传感器/力学导轨系统组

2、合装置（RMS/IDS Kit）21实验1 经受弹性碰撞小车的速度和加速度的相关性21实验2 非弹性碰撞的动量与冲量的比较23实验3 在非弹性碰撞中动能减少时动量守恒25 实验4 弹性碰撞中的动量和动能守恒29 转动位移传感器（RMS）32 实验4 力与位移的关系小车与力传感器间的碰撞32 实验5 拖动大滑轮的小车的加速度33 实验8 简谐振动小车与弹簧系统34 实验11 浑沌35动力学组合实验（力学轨道小车组合实验）（原文编号：01205024）引言 PASCO ME9458力学小车及附属轨道装置可利用动力学小车（ME9430）和碰撞小车（ME9454）做多种实验。该轨道结构简单，可方便地调

3、整到最佳状态，它适应大部分直线运动实验。 轨道装置的特点有：（1）有可调整水平的脚架；（2）具有低磨擦的轮槽，使小车甚至在碰撞后仍保持准直；（3）有机动的标准实验杆，对斜面实验的倾角可调；（4）有耐用的可调止停终端，用来保护小车。1实验1 爆炸时动量守恒实验设备17带质量块的力学小车（ME9430）碰撞小车（ME9454）力学小车轨道米尺天平实验目的本实验的目的是证明两辆彼此推斥的小车动量守恒。实验原理 当两辆小车彼此推斥，而且无净外力时，两小车的动量之和是守恒的。如果系统最初是静止的，那么两小车最终的动量必然是等值反向，而系统最后的总动量仍然是零。所以，小车末速度之比等于小车质量之比：为了简

4、化实验，可将原静止小车时的出发点，选择在使两辆小车恰好同时到达两侧轨道终点的位置。速度等于距离除以时间，由于每辆小车的运动时间相等，所以速度可以用测量距离来代替，即：因此，距离之比将反比于质量之比：实验步骤 调整轨道水平。可放辆小车在轨道上，看小车是否滚动，调整水平调节脚的高低，直到静止放置的小车不会滚动为止。图1.1 在以下每种情况开始时，都将力学小车的柱塞全部推入，并锁定在它们的最大限度状态（如图1.1），然后使两辆小车以柱塞端相对靠在一起。 用一根短棒推柱塞释放按钮，注意两辆小车将运动到轨道的两端。实验从不同地点开始，直到两辆小车同时到达各自的轨道端点为止。称出两辆小车的重量，将质量和起

5、始位置记入表1.1中。 情况1：质量相等的小车对（用两辆不加附加质量块的小车） 情况2：不等质量的小车对（一辆小车上加一块质量块，另一辆不加） 情况3：不等质量的小车对（一辆小车上加一块质量块，另一辆不加） 情况4：不等质量的小车对（一辆小车上加一块质量块，另一辆加一块）表1.1质量1质量2位置121/X2M2/M1数据处理 对每种情况，计算从起始位置到轨道端点运行的距离。结果记在表1.1中。 计算运行距离的比值，记入表中。 计算质量的比值，记入表中。问题 在每种情况下，距离的比值等于质量的比值吗？换言之，动量守恒吗？ 质量不等的小车彼此推开时，哪一辆小车的动量较大？ 质量不等的小车彼此推开时

6、，哪一辆小车的动能较大？ 起始位置和哪一辆车有柱塞开关有关吗？为什么？实验2 碰撞中动量守恒实验设备带质量块的力学小车（-9430）碰撞小车（-9454）2套磁阻尼装置（已就位）力学小车轨道纸实验目的本实验的目的是定性验证弹性和非弹性碰撞时动量守恒。实验原理当两辆小车彼此碰撞时，无论是何种碰撞，两车的总动量是守恒的。弹性碰撞时，两车彼此弹开，其动能不减少。在该实验中，碰撞过程中的磁阻尼将使由于磨擦造成的能量损失最小。事实上，所谓“弹性”碰撞总有点非弹性的。完全非弹性碰撞是两辆小车碰撞后彼此粘连的情况，在这种实验中，是由在小车端部装有搭钩条和软毛毯条来实现的。实验步骤 用放一部小车在轨道上，看它

7、如何滚动，来调平轨道。调整轨端的水平调节脚的升降，直至静止放在轨道上的小车不左右运动时为止。 对下面每种情况画2张图表（一张用于碰撞前，一张用于碰撞后）。在每张图中，用一与小车的速度大约成比例的长度来表示每一辆小车的速度矢量。第一部分 弹性碰撞、质量相等的小车组 使两辆小车的磁阻尼彼此相对放置。 情况 1：将一部小车放在轨道中央，然后给另一辆小车一个相对静止小车的初速度。 情况2：开始时，两辆小车都在轨道的各一端，再给每一辆小车一个相向的大致相同的速度。 情况3：开始时，两辆小车放在轨道上同一端，先给第一辆小车一个较小的速度，再给第二辆小车一个较大的速度，并使第二辆小车追上第一辆小车。图2.1

8、、质量不相等的小车组 加两条质量块在一辆小车上，这辆小车的质量（3）大约是另一辆小车（1）的三倍。 情况 1：放3小车静止在轨道中央，给另一辆小车一个对着静止小车的初速度。 情况 2：放1小车静止在轨道中央，给3小车一个朝着静止小车的初速度。 情况 3：开始时两辆小车分别在轨道两端，给每一辆小车相对的大致相同的速度。 情况4：开始时两辆小车同在轨道一端，给第一辆小车一个较低的速度，而给第二辆小车一个较快的速度，并使第二辆小车追上第一辆小车。要进行两种情况：使1小车做第一辆，然后使3小车做第一辆。第二部分 完全非弹性碰撞 放置两辆小车使它们的搭钩条与毯条端部彼此相对，将小车的柱塞杆完全推进去，使

9、它不会影响碰撞。 用相同质量和不同质量的小车组，重复列在第一部分中的相同的实验步骤。问题： 当有相同质量和相同速度的小车对碰并且粘在一起时，它们停止不动了。每一辆小车的动量发生什么变化？动量还守恒吗？ 当有相同质量和相同速度的小车对碰并且彼此弹开时，小车组最终的总动量是多少？实验3 简谐振子实验设备带质量块的力学小车（-9430）2根弹簧砝码架和砝码细线作图纸力学小车轨道支架轻滑轮停表天平（-8723）实验目的 测量一个弹簧和质量系统的振动周期，并与理论值比较。实验原理 理论上弹簧振子的振动周期，式中为一个完整的往复运动时间，为振子的质量，为弹性系数。根据虎克定律，对弹簧的作用力与弹簧压缩或伸

10、长的距离成正比，F=kx，这里k是弹性系数。因此弹性系数可以用实验来确定，即加不同的力使弹簧伸长不同的距离，然后绘制力与距离的关系曲线，得到的直线的斜率等于k。实验步骤 计算理论上周期的测量 用天平称出小车的质量，填入表3.1表端。 用静止放在轨道上的小车看它如何滚动来调轨道水平。调节轨道端部水平调节脚的升降，直到静止放置的小车不会在轨道上滚动为止。将带有桌式夹座的轻滑轮安装在轨道一端。 将小车放在轨道上，在小车两端各装一个弹簧，弹簧的一端插在小车的小孔内，另一端装在轨道端部止动架上（见图3.1）图3.1 缚一根细线在小车的端部，并绕过滑轮挂一砝码架如图。 在表3.1中记下平衡位置。 增加砝码

11、架上砝码，记下新的位置。对5次不同的砝码量重复做这项工作。小心不可超过弹簧的弹性限度。由于有两根弹簧作用在质量上，这种方法给出的是两根弹簧的总弹性系数。表3.1 小车质量 平衡位置 增加的质量位置相对平衡位置的位移作用力（mg） 实验周期的测量 将小车从平衡位置移开一个特定的距离，测量振动5次的时间，并记在表3.2中。 对同一初位移（振幅），至少重复5次测量。 在小车上增加500质量，测量5次5个振动的时间。将这些数据记录在表3.2中。表3.2实验次数振动5次的时间周期1没有附加质量2345平均值1带有附加质量2345平均值数据处理 理论的周期 利用表3.1的数据绘制力与位移的关系曲线，通过实

12、验数据点画出最适当的直线，并求出直线的斜率，该斜率等于实际的弹性系数k。k 。 利用小车的质量和弹性系数，用理论计算式计算出周期。再计算对装有500克质量块的小车系统的理论周期。 只有小车时 小车上加质量时 实测的周期 利用表3.2的数据，计算在小车内装和没装500克质量块时，振动5次的平均时间。 用5来除这些时间得到周期，并填入表3.2中。 比较以上结果，计算实测值和理论计算周期值的百分误差。 只有小车时 装有质量块时 问题： 当质量增加时，振动的周期是增加还是减少？较重的小车振动是较快，还是较慢？ 如果对平衡位置的初位移（振幅）发生变化，其振动周期改变吗？试一下。实验4 斜面上的振动实验设

13、备带质量块的力学小车（-9430）弹簧底座及支杆（-9355）天平附止动端架和旋轴架的力学小车轨道砝码及吊架（-9348）停表实验目的 测量在不同倾角斜面上的弹簧和质量系统的振动周期，并将它与理论值比较。实验原理 弹簧振子振动周期的理论值计算式为，式中是一个完整的往复运动所需的时间，m是振子质量，k是弹性系数。 根据虎克定律Fkx。因此测量作用力F与弹簧变形量x的对应关系，便可作图求得直线的斜率k。实验步骤图4.1 计算理论上周期的测量 用天平称出小车的质量，将它记录在表4.1端部。 将小车放在轨道上，在小车一端的专用小孔上挂一弹簧，弹簧的另一端挂在轨道的端部档架上（如图4.1）。 升高挂有弹

14、簧的轨道尾端，使轨道倾斜，由于弹簧被拉伸，注意轨道倾角不能太大，使弹簧的伸长不要大于轨道长度的一半，测量这个倾角并记入表4.1上方。 记录平衡位置在表4.1中。 在小车上加一质量块并记录新的位置。用5个不同的总质量重复上述实验。注意决不能超过弹簧的弹性限度。 测量实验周期 将小车从平衡位置移开一特定的距离让它运动。测量振动3次的时间并记在表4.2中。 用相同的初位移（振幅），至少5次重复这一实验。 改变斜面的倾角，重复步骤和。表4.1小车质量 平衡位置 倾角 附加质量位置离平衡点的位移力（mgsinq）表4.2振动3次的时间角度次数12345平均周期数据处理 理论的周期 利用表4.1的数据，计

15、算由小车上的附加质量所引起的力，q角为斜面的倾角。绘制力与位移的关系曲线。通过实验数据点画出最合适的直线，并求出斜率。该斜率等于等效的弹性系数。 利用小车的质量和弹性系数，计算由理论公式算出的周期。 实测的周期 利用表4.2的数据，计算振动3次的平均时间。 将这些时间除3，计算出周期，并记入表4.2。问题 改变倾角时，周期变化吗？ 实测值与理论计算值比较如何？ 倾角改变时，平衡位置变化吗？ 如果倾角是90，周期该是多少？实验5 弹簧的串、并联实验设备带质量块的力学小车（-9430）带停止端的力学小车轨道2根弹簧底座和支杆（-9355）天平计时表实验目的 测量弹簧串、并联时的振动周期，并和单个弹

16、簧的振动周期比较。实验原理 弹簧振子理论上的振动周期，如果测得振动的周期，则弹性系数。当两个弹簧串联或并联时，其弹性系数将发生变化。一种情况下，将增加另两倍，即k等数kk2k；另一种情况下为，即k等数。图5.1实验步骤 测量单个弹簧的k 用天平称出小车的质量，将数值记在表5.1的上部。 小车放在轨道上，在小车一端的小孔上挂上弹簧，再将弹簧的另一端挂在轨道的端部，如图5.1。 注意：本实验应拿掉水平调节脚。图5.2 抬起挂有弹簧的轨道一端，使轨道倾斜，弹簧将被拉长。注意使轨道的倾角较小，弹簧的伸长不可大于轨长的一半。 将小车从平衡位置移开一个特点的距离后，让它运动。记录振动2次的时间在表5.1中

17、。用相同的初位移（振幅），至少5次重复这一测量。 测量一对弹簧的等效k 加上串联第2个弹簧，如图5.2所示。并重复步骤。 如图5.3，并联两个弹簧，重复步骤。图5.3图5.4 按图5.4装配弹簧，并重复步骤。数据处理 利用表5.1的数据，计算振动2次的平均时间。 用2除以这个时间，计算周期，并记入表5.1中。 利用周期和小车的质量，计算等效弹性系数。表5.1振动2次的时间 小车质量 弹簧次数12345平均周期一个串联并联最后问题 是串联时，还是并联时 k等数2k？ 是串联时，还是并联时 k等数k？ 最后一种安装弹簧方式，是串联还是并联？实验6 牛顿第二定律实验设备带质量块的力学小车（-9430

18、）力学小车轨道计时表实验目的本实验目的是说明一个物体的加速度是由所受力和质量决定的。实验步骤 将小车放在轨道上，利用看小车如何滚动将轨道调水平，调节脚升降轨端，直到在轨道上静止安放的小车不动为止。 板起小车的弹性塞柱，使塞柱面对停止端，并将小车静止地放在轨道一端。然后用尺压小车上的按钮放开塞柱，观察小车获得的加速度。这是一种定性的测试。 将弹性塞柱板在第一个可能的位置，（压力最小）做第一次实验，然后用增加塞柱压力来增加对小车的作用力。至少做两次实验，观察获得加速度的情况。 将弹性塞柱板到最大位置，改变小车质量。观察单独一辆小车和放有一个质量块的小车的相应加速度。如果可以得到附加质量块，利用它们

19、增加小车质量做附加实验。数据处理 如果增加作用力，加速度是增加还是减少？ 如果增加质量，加速度是增加还是减少？问题从上述实验的结果，你能导出加速度对质量和作用力间的方程式吗？实验7 牛顿第二定律（）实验设备力学小车（-9430）带支架轻滑轮细线计时表天平力学小车轨道底座与支杆（-9355）砝码与挂架木或铁制的止停架实验目的验证牛顿第二定律 F=ma。实验原理根据牛顿第二定律F=ma，是作用在质量为的物体上的净力，a是物体所得到的加速度。对一个置于水平轨道上质量为m的小车，缚一根细线，使它绕过滑轮吊一重物m（如图7.1）。设磨擦力可以忽略，这时作用在整个运动系统（小车和悬挂物）的净力即是悬挂物的

20、重力，F=m2g。根据牛顿第二定律，合外力等于ma。这里是正在加速的总质量，即m1m2 。本实验应验证在忽略磨擦力时，m2g等于（m1m2）a测量小车从静止开始，运动一定距离所需要的时间，可以获得加速度。因为d所以加速度为 （设a为常数）实验步骤 利用静止停放的小车，将轨道调整水平。 用天平称出小车质量，并记入表7.1中。图7.1 在轨道端部安装滑轮支架，如图7.1。置小车于轨道上，并穿一根细线在小车端部的小孔中缚住，线的另一端系一砝码架。细线的长度必须足够使重物落到地板之前，小车恰好碰到止停装置。 拉回小车直到重物碰到滑轮，在表7.1上方记下小车位置，这将是所有实验的释放位置。先进行试操作以

21、决定在砝码架上加多少砝码才能使小车约2秒钟完成运动。由于测量有反应时间，总时间太短将会产生较大的误差，然而如果小车运动太慢，磨擦也会引起较大误差。将砝码架的质量记在表7.1中。 将小车靠放在轨道端部滑轮前的止停档板上，把小车的最后位置记在表7.1内。 至少测量5次时间，并记入表7.1中。 增加小车的质量，并重复以上步骤。表7.1时间小车质量悬挂物质量次数12345平均时间开始释放时位置 ，最后位置 ，总距离（d） 。数据处理 计算平均时间，记入表7.1。 用表7.1中小车的初始位置和末位置计算出运行的总距离。 计算加速度并记入表7.2。 对每一种情况，计算总质量乘以加速度,并记入表7.2。 对

22、每一种情况，计算作用于系统的合外力（净力），并记入表7.2。 计算F净力和（m1m2）a之间的百分差，并记入表7.2。表7.2小车质量加速度（m1m2）aF净力m2g百分差问题 实验结果是否证明了F=ma？ 考虑到摩擦力，你认为悬挂物的重量和总质量乘以加速度哪一个较大？实验的结果是否始终一个比另一个大？ 为什么在F=ma中的质量不正好等于小车的质量？ 当用质量乘以重力加速度计算小车受的力时，为什么不计入小车的质量？实验8 沿斜面下滑的加速度实验设备带质量块的力学小车（ME9430）底座与支干（ME-9355）;停表力学小车轨道米尺绘图纸实验目的 研究沿斜面下滑的物体由重力获得的加速度，以及加速

23、度如何随斜面的倾角而定.实验原理图8.1 由于重力的作用，斜面上的小车将向下滚动。重力产生的加速度垂直向下，如图8.1所示，与斜面平行的重力加速度的分量是gsinq这是忽略摩擦时小车的净加速度。测量加速度时，小车从静止开始。测出它运动某一距离d的时间t，因为d=，加速度a=算出。绘制加速度与sinq的函数关系，将得到一条直线，其斜率等于重力加速度g。实验步骤 按如图8.2所示竖起轨道，将其没有停止挡板的一端升高约10cm 将小车靠着停止挡板放在轨道上，将该末位置记在表8.1上端图8.2 拖小车到轨道顶部，并记下小车将从这里静止释放的初位置 从静止释放小车，同时启动秒表，用停表测量小车到达停止挡

24、板所需的时间。重复测量十次（由不同的人做），将数据记入表8.1中 将轨端降低1cm，并测量10次时间。 以后每次将轨端降低1cm，共七次，重复以上实验。数据处理 计算每个倾角的平均时间。 用始末位置的差值做小车的运行距离，记入表8.1下端。 用距离和时间计算出加速度，记入表8.2中。 测量由轨道构成的三角形的斜边，并利用它对每一次轨端高度计算出sinq。 绘制加速度与sinq的函数关系曲线。画出最适当的直线并计算其斜率（应等于g），计算斜率相对g的百分误差。表8.1 轨端高度时间10cm9cm8cm7cm6cm5cm4cm次数12345678910平均小车初位置 ，末位置 ，距离d= .表.轨

25、端高度加速度sin斜边长度问题 你的反应时间，是在较大还是较小倾角时，会引起较大的百分误差？ 如果小车的质量增加一倍，对结果有何影响？试一下。实验9 能量守恒实验设备带质量块的力学小车（ME-9430）带支架轻滑轮底座及支杆（ME-9355）细线天平力学小车轨道米尺砝码悬架及砝码（若干公斤）绘图纸实验目的通过实验观察弹性势能和重力势能，并显示怎样的能量是守恒的。实验原理一个从平衡状态被压缩距离x的弹簧具有势能P=kx，这里k是弹性系数。根据虎克定律，弹簧的力与弹簧被压缩或拉伸的距离成正比，F=kx,此处k即弹性系数。因此弹性系数可以用实验决定，即用不同的力拉或压弹簧产生不同的距离，绘出力与距离

26、的函数关系图，得到直线的斜率，等于k。小车沿斜面升高而增加的重力势能P=mgh，这里m是小车的质量，g是重力加速度，h是小车升高的垂直高度。如以沿斜面的d来表示，则高h=dsin。 如果能量守恒，被压缩的弹簧的弹性势能将全部转变为重力势能。实验步骤 调节轨端的水平调节脚的升降，观察静止放置在轨道上的小车是否滚动，将轨道调成水平。 用天平称出小车的质量，数据记在表9.2中。 先测弹性系数。将带弹性柱塞的小车，按图9.1靠着止停挡板放在轨道上。在小车上缚一细线，线的另一头饶过滑轮挂一砝码悬架。 将小车的位置记在表9.1中。图9.1 增加砝码悬架上的砝码，并记下新的位置。用5个不同的总重量重复实验。

27、表9.1加的质量位置离平衡位置的位移力(mg) 测量势能前，先拿掉水平调节脚。 拿去小车上的细线，将小车的弹性柱塞旋至最大位置。使小车紧靠止停端架，测量弹性柱塞压缩的距离并记入表9.2下端。图9.2 使轨道倾斜，并测量高和斜边（见图9.2）,计算轨道的倾角，倾角arcsin()，记入表9.2中。 将小车的起始位置记入表9.2下端。 扣击柱塞上的小柱而释放柱塞，并记录小车沿斜面上升的位置。重复做五次。将小车的最大位置记入表9.2中。l 改变倾角，并重复测量。l 增加小车的质量，并重复测量。表9.2倾角质量次数12345最大值h=dsinq弹簧被压缩的距离(x)=_,小车的初位置=_.数据处理：

28、用表9.1的数据绘制力和位移的关系曲线，画一条通过这些数据点的最合适的直线，并计算这条直线的斜率。此斜率等于弹簧的有效的弹性系数k。 k=_ 计算弹簧的势能，并记入表9.3。 计算每种情况下的重力势能，并记入9.3. 计算弹性势能和重力势能之间的百分误差。表9.3倾角/质量弹性势能P(kx)重力势能P(mgh)百分误差%问题 哪一项势能较大？少掉的那部分能量到哪里去了？ 当小车的质量加倍时，为什么重力势能仍然大约相同？实验10 扩展性推荐实验实验A 质心不变按实验1中图1.1布局放置轨道与一对小车，但要求直接只以一条质量块为支架，架空轨道系统在桌面上，并使之处于稳定平衡状态。先使两辆质量相同的

29、小车，靠在一起，然后按动板起的柱塞装置弹开小车，并观察小车运动到轨道端部。由于系统的质心是不运动的，该轨道仍将保持稳定。再用两辆质量不同的小车重复这过程。实验B 二小车和三弹簧的振动模式放两辆质量相等的小车在轨道上，用弹簧连接两小车，再用弹簧将每辆小车和它们各自的轨道端部相连。彼此拖开小车再放开，然后观察振动的模式。再在起初相同的方向移动两辆小车，并进行观察。在一辆小车上加一块质量块，并重复实验。实验C 牛顿第二定律（）用倾斜的轨道重复实验7。此时，滑轮在高端，而小车加速升上斜面。实验D 阻尼运动将末端装有停止挡板的轨道倾斜，在斜面上一确定位置处释放小车，指向挡板的小车弹簧柱塞将使小车弹回。记

30、下小车每一次被弹回到最高返回点的位置和时间。将能得到一条振幅对于时间的曲线。实验E 用气球推进的火箭车缚一个正在放气的气球在小车上，使气球的出气口指向小车的后面，让空气推动小车。实验F 三辆小车和四根弹簧的振动模式放三辆相同质量的小车在轨道上。在小车之间缚上弹簧，并用弹簧将两端的小车和各自的轨道端部相连接。移动两端的小车离开中间的小车后释放，观察振动的模式。移动左边的两辆小车离开右边的小车后释放，观察振动的模式。移动中间的小车后释放，观察振动的模式。实验G 多重弹性碰撞用两辆碰撞小车和一辆力学小车。先用相同质量的小车，然后用不同质量的小车试做这一实验。将三辆小车放在轨道上，力学小车在右边，以它

31、的磁性缓冲器对着碰撞小车。推动左边的碰撞小车向中间的小车，它将依次碰撞右边的小车。注意观察每辆小车最后的速度。实验H 多重非弹性碰撞放置三辆碰撞后会粘连在一起的小车在轨道上，先用相同质量的小车，然后用不同质量的小车试做这一实验。推动左边的小车向中间的小车，它们将依次和右边的小车碰撞，并最后粘接在一起。注意观察小车的最后速度。补充部份：传感器推荐实验 转动位移传感器/力学导轨系统组合装置（RMS/IDS Kit） （原文编号：012-06408A）实验1 经受弹性碰撞小车的速度和加速度的相关性实验设备35转动位移传感器（RMS）（C1-6538）RMS/IDS附件IDS安装附件（C1-6692）

32、力学小车（ME-9430或ME-9454）力学轨道（ME-9435A或ME-9458）可调止仃架（ME-9448A）PASCO计算机接口（500或700）科学工作站（2.2版本以上）计算机实验目的 本实验的目的是显示一种相关性，图解显示在弹性碰撞过程中的位置、速度和加速度。实验步骤 安装实验装置1、 利用IDS安装附件和IDS轨道滑轮支架，把转动位移传感器安装在轨道上，这在本手册（RMS/IDS Kit）的设备构造一节（P.2-3）中有介绍。2、 将可调止停架装在轨道的末端（图1.1）。如果必要，可移动IDS轨道滑轮支架。图1.13、 将小车带磁体的一端对着可调止停架放在轨道上，并在车上安装车

33、线联接支架。4、 按手册（RMS/IDS Kit）设备构造这一节穿线。检查并确信细线能无阻碍的自由移动，它水平穿过滑轮和车线联接支架的上侧，并且足够长，而只要线不从滑轮上滑出。 设置科学工作站（Science workshop）1、 按本手册（RMS/IDS Kit）P3“构造”节，在科学工作站安装RMS。2、 如果你不在为RMS设置的窗口，则双击RMS图标。3、 设置在1440分度/转，键OK。4、 双击取样选择钮，并将取样率设置到50HZ，键OK。5、 拖动图表显示图标到RMS图标位置，并从弹出的菜单“计算结果显示”中选择位置（LINPOS）、速度（LINVEL）和加速度（LINACC）。

34、 采集数据1、 把小车放在轨道带RMS的一端。2、 开始记录数据。3、 向止停端给小车一个轻缓的推动（用使小车作平稳运动所需的适当的力）。4、 在小车从止停端弹回后，停止记录。 数据处理1、 画三张曲线图并标出坐标轴（或打印出曲线图）。2、 标定下列曲线图：（1）小车向止停端运动时；（2）小车作弹性碰撞时；（3）小车从止停端返回运动时。问题：1、 碰撞前瞬间，小车的速度和加速度是多少？2、 描述小车的速度在碰撞时发生了什么变化？小车的位置在它具有反向速度时发生了什么变化？3、 描述小车的加速度在碰撞时发生什么变化？当加速度从零变为负值时，小车的位置有什么变化？当加速度从负值变为零时，小车的位置

35、有什么变化？实验2 非弹性碰撞的动量与冲量的比较实验设备转动位移传感器（RMS）（CI-6538）50N力传感器（CI-6537）RMS/IDS装置（C1-6569）力传感器支架和碰撞缓冲器（C1-6545）IDS安装附件(CI-6692)PASCO计算机接口（500或700）力学小车（ME-9430或ME-9454）2.2版本以上科学工作站力学轨道（ME-9435或ME-9458）计算机本手册（RMS/IDS LSIT）第2、3页高约10CM的本质或类似的垫块实验目的 本实验的目的是定量的比较运动小车在和固定物体作非弹性碰撞时的冲量与动量的大小。实验原理 系统的动量以关系式表示，式中P为动量

36、，m为质量，v为速度。 碰撞时的冲量，或动量的变化以下式表示：力与时间关系曲线下的面积，即曲线的积分，等于动量的变化量。在非弹性碰撞中其最后的速度为零时，下列关系式成立：实验步骤 安装实验装置1 利用IDS安装附件把转动位移传感器装在IDS轨道上，也将IDS轨道滑轮支架装在IDS轨道上（参阅本手册的设备构造一节第2-3页）。图2.12 用力传感器支架把力传感器装在轨道的一端（图2.1）。如果必要，可移动IDS轨道滑轮支架。3 从力传感器上旋开挂钩，并用藏在力传感器支架上的碰撞座取代。4 做一个底座直径约1cm高3cm的粘土锥，粘压在碰撞座上。5 将小车放在轨道上，使其磁铁对着力传感器。6 安装

37、车线联结支架，并按RNS/IDS KIT手册设备构造这一节P.2连接细线。检查并确信细线能无阻碍的自由的移动，它水平穿过滑轮和车线联结支架的上侧。线要足够长，但不能从滑轮中滑出。 设置科学工作站1、 按RNS/IDS KIT手册P.3构造一节，在科学工作站安装RMS。2、 如果你不在为RMS设置的窗口，则双击RMS图标。3、 设置在1440分度/转，键OK。4、 双击取样选择钮，并将取样率设置到50HZ，键OK。5、 拖动图表显示图标到RMS图标位置，并从弹出的菜单“计算结果显示”中选择速度（linvel）。6、 在科学工作站中设置力传感器（详细参见力传感器手册）。7、 拖动图表显示图标到力传

38、感器图标。 采集数据1 用木垫块抬高轨道，在紧靠RMS的地方托住小车。2 开始记录数据。3 释放小车，让重力作为加速的唯一的力。 注意：如果碰撞不是完全非弹性的，即小车从粘土塞碰回，可用较小的高度角重做。4 停止记录。 分析数据1 应用科学工作站的统计功能确定小车的最大速度。2 确定小车的质量。3 计算小车的动量。4 用统计功能求曲线下面积的积分。5 选择描写碰撞的曲线那一部份，并记录积分值。注意：选择用键击和围绕要求的曲线拖一框架的方法。6 比较小车的动量和碰撞的冲量的大小。问题： 你的实验数据能表明小车的动量等于碰撞的冲量即吗？实验3 在非弹性碰撞中动能减少时动量守恒实验设备2只转动位移传

39、感器（C1-6538）2套RMS/IDS 组件（C1-6569）2套IDS安装附件（C1-6692）2辆柱塞或碰撞小车（ME-9430 或ME-9454）RMS/IDS KIT手册第2-3页力学轨道（ME-9435A 或ME-9458）PASCO计算机接口（700）科学工作站（2.2版本以上）计算机实验目的 本实验的目的是定量和图解论证，在一辆小车和另一辆静止小车发生碰撞而动能减少的同时，动量是守恒的。实验原理 在两辆小车碰撞之前，其状况能表示如下：v1 v2（0）m1 m2这里m1 为第一辆小车的质量，m2为第二辆小车的质量，v1为第一辆小车的速度，v2为第二辆小车的速度，等于零。 碰撞之后

40、，两小车粘连在一起并象一个物体一样运动,描述如下：m1 m2 v后该系统的动量在任何时候恰可表示为：P=m1v1+m2v2这里m1v1是第一辆车的质量和速度，而m2v2是第二辆车的质量和速度。因为碰撞之后动量是守恒的,以下关系式成立：m1v1+m2v2=m后 v后这里m后为两辆车的质量，而v后是两辆小车粘连在一起时的速度。该系统的总动能（KE）原为：这种情况下与动量相比较，动能碰撞后是不守恒的：实验步骤A部分：等质量的非弹性碰撞 安装实验装置1 利用安装附件把2只转动位移传感器安装在轨道上，并把两个带轻滑轮的支架装在轨道上（参见本手册P.2和图3.1）。图3.12 安装车线联结支架在小车上，称

41、出小车质量并记入表3.1中。3 将带有粘钩贴片（柱塞小车）或磁性端部（碰撞小车）的两辆小车相向放置在轨道上。4 按手册和图表示的穿线。对安装状况进行必要的调整，以保证线能无阻碍地自由移动。5 必须调整带轻滑轮的支架，以保证穿线足够长又不会滑出滑轮。 设置科学工作站1 将连接到小车1的转动位移传感器的数字插头插入接口盒的1、2数字通道，连接到小车2的转动位移传感器对应的数字插头插入3、4数字通道。2 按照本手册第3页设置部分来设置Sciene Workshop中的转动位移传感器。3 如果没有打开转动位移传感器的设置窗口，可双击RMS图标，将分度/转设置于1440，并确认在线性校准下拉框中，选中大

42、滑轮（凹槽），单击OK。4 对另一只RMS重复以上步骤2、3的设置。5 双击取样选择按钮并设置取样周期为50HZ，单击OK。6 定义显示动量的计算： 单击实验计算图标，通过单击新建和使用input，f(x)图标及键盘按钮在表达式文本框中输入计算来创建一个动量的计算。在相应的文本框中，输入一个计算名称，如总动量1，简称及计算的单位，按回车键接受计算项目。注： 要获得输入计算的附加信息，请参照Sciene Workshop用户手册中的使用计算和用户指南中注释窗口的实验计算窗口部分。7 定义显示动能的计算（参照以上第6步）。8 创建一个图表来显示小车1的速度，小车2的速度，系统总动量，系统总动能与时间的关系曲线。 拖曳一个图表图标到RMS图标，并从选择显示计算弹出菜单，选择4个要显示的计算（这些选择以后要修改，所以哪些计算被选中都没关系）。一个带有4组x-y曲线的显示窗口将被打开。 单击顶部y轴的描点输入菜单按钮并从弹出菜单中选择数码式输入1和速率（linvel），可以设置y轴描点小车1