实验二 碰撞打靶

1、实验二碰撞打靶实验【实验目的】物体间的碰撞是自然界中普遍存在的现象，从宏观物体的碰撞到微观物体的粒子碰撞都是物理学中极其重要的研究课题。本实验通过两个物体的碰撞，碰撞前的单摆运动以及碰撞后的平抛运动，应用已学到的力学定律去解决打靶的实际问题，从而更深入地了解力学原理，有利于提高分析问题、解决问题的能力。【实验原理】碰撞：指两运动物体相互接触时，运动状态发生迅速变化的现象。“正碰”是指两碰撞物体的速度都沿着它们质心连线方向的碰撞；其他碰撞则为“斜碰”。碰撞时的动量守恒：两物体碰撞前后的总动量不变。平抛运动：将物体用一定的初速度v沿水平方向抛出，在不计空气阻力的情况下，物体所作的0_1运动称平抛运

2、动，运动学方程为x_vt,y_2gt2（式中t是从抛出开始计算的时间，X是0物体在时间t内水平方向的移动距离，y是物体在该时间内竖直下落的距离，g是重力加速度）。在重力场中，质量为m的物体在被提高距离h后，其势能增加了E_mgh。pE_15质量为m的物体以速度v运动时，其动能为k_2如。机械能的转化和守恒定律：任何物体系统在势能和动能相互转化过程中，若合外力对该物体系统所做的功为零，内力都是保守力（无耗散力），则物体系统的总机械能（即势能和动能的总和）保持恒定不变。弹性碰撞：在碰撞过程中没有机械能损失的碰撞。非弹性碰撞：碰撞过程中的机械能不守恒，其中一部分转化为非机械能（如热能）。【实验仪器】

3、1、仪器名称碰撞打靶实验仪如图1所示，它由导轨、单摆、升降架（上有小电磁铁，可控断通）、被撞小- -球及载球支柱，靶盒等组成。载球立柱上端为圆锥形平头状，减小钢球与支柱接触面积，在小钢球受击运动时，减少摩擦力做功。支柱具有弱磁性，以保证小钢球质心沿着支柱中心位置。升降架上装有可上下升降的磁场方向与立柱平行的电磁铁，立柱上的有刻度尺及读数指示移动标志。仪器上电磁铁磁场中心位置、单摆小球（钢球）质心与被碰撞小球质心在碰撞前后处于同一平面内。由于事前两球质心被调节成离导轨同一高度。所以，一旦切断电磁铁电源，被吸单摆小球将自由下摆，并能正中地与被击球碰撞。被击球将作平抛运动。最终落到贴有目标靶的金属盒

4、内。小球质量可用电子天平称量。11101415fflfl16X图1碰撞打靶实验仪调节螺钉2.导轨3.滑块4.立柱5.刻线板6.摆球7.电磁铁8.衔铁螺钉9.摆线10.锁紧螺钉11.调节旋钮12.立柱13.被撞球14.载球支柱15.滑块16.靶盒2、仪器使用方法将仪器按图示放置，调整“调节螺钉1”，使“导轨2”处于水平。移动“滑动15”至“摆球6”正下方。右手拧松“锁紧螺钉10”，同时左手调节“旋钮11”，使摆球对准“载球支柱14”并与之相切。然后拧紧“锁紧螺钉10”。记下“滑块15”此时在导轨上的刻度位置，并使“滑块15”向左移动一个距离，该距离应等于摆球半径加被撞球半径。然后利用滑块上的固定

5、螺钉将滑块锁紧在导轨的该位置上。在“靶盒16”中，放入靶纸，并在上面覆盖一张复写张。将直流电源与“按钮盒”连接。将“摆球”放在电磁铁下的衔铁口上，调节“衔铁螺钉8”，使摆球与衔铁口整个孔口接触。移动“滑块3”使摆线呈直线状。将“被撞球13”，放置在“载球支柱14”上。按下“按钮”，摆球自由下摆，与“被撞球”碰撞。“被撞球”作平抛运动，进入靶盒，在靶纸上留下落点位置。记录值。测出y、h、x值。根据力学相关原理计算出x值，作为真值，算出相对误差并分析误差原因。3、技术指标带电磁铁可升降架，立柱上刻度0-20cm。2摆球，钢质，直径2.0cm。3.被撞钢球，直径2.0cm和1.8cm两种。4导轨，高

6、强度铝合金材料，燕尾槽结构，导轨长度0-35cm。载球支柱，上端截面圆形，直径4mm,带弱磁性。靶盒，长30cm，宽12cm。滑块，高强度铝合金材料，燕尾槽结构。&单摆立杆，长45cm，可改变摆线长度【实验内容】（一）必做内容：观察电磁铁电源切断时，单摆小球只受重力及空气阻力时运动情况，观察两球碰撞前后的运动状态。测量两球碰撞的能量损失。调整导轨水平（为何要调整？如何用单摆铅直来检验？）如果不水平可调节导轨上的两只调节螺钉。2用电子天平测量被撞球（直径和材料均与撞击相同）的质量m，并以此也作为撞击球的质量。3.通过绳来调节撞击球的高低和左右，使之能在摆动的最低点和被撞球进行正碰。4把撞击球吸在

7、磁铁下，调节升降架使它的高度为h,细绳须拉直。5根据h、y，算出被撞球的水平落点x理论值。让撞击球撞击被撞球，记下被撞球击中靶纸的位置x实验值。计算相对误差，并分析结果得出结论。注意事项】避免“衔铁螺钉”位置调节过低，必须保证“摆球”与衔铁口紧密接触。确保“摆球”的定位重复测量时，尽可能做到摆球和衔铁接触位置相同。“摆球”运动时，摆臂不得晃动，相关的固定螺丝必须拧紧。电磁铁吸住摆球时，摆线应处于直线状态。摆线不得有明显松驰现象。思考题】如两质量不同的球有相同的动量，它们是否也具有相同的动能？如果不等，哪个动能大？如果不放被撞球，撞击球在摆动回来时能否达到原来的高度？这说明了什么？据科学家推测，6500万年前