碰撞及動量守恒及試驗報告

1、大學物理仿真實驗碰撞與動量守恒實驗報告實驗簡介:動量守恒定律和能量守恒定律在物理學中占有非常重要的地位。力學中的運動定理 和守恒定律最初是沖牛碩定律導出來的，在現代胸理學所冊究的領域中存在很名牛碩定 律不適用的悄況，例如髙速運動物II或傲觀領域中村子的運朋規(guī)律和相互作用等，但是 能量守恒定偉m然有效。因此，能量守恒定律成為了比牛典定偉更為晉遍適用的定律。本實驗的目的是利用氣墊導秸冊究一維怔撞的三種悄說，騎證動量守恒和能量守恒 定偉。定量冊究動量損失和能量損失在工程技術中有重耍意義。同時通過實驗還可提高 娛差分析的能力。二、實驗內容：1. 研究三種蹴撞狀態(tài)下的守恒定律（1 ）取兩滑塊葉、012,

2、且010012,用物理天平稱mi、012的質量（包括省光片）o 將兩滑塊分別裝上禪簧鋼團,滑塊血置于兩光電門之同（兩光電門即離不可太遠）, 使其靜止,用m,« m2,分別記下n通過第一個光電門的時fUh和經U第二個光電 門的WfBlAU UKm2iiil第二個光電門的時同匕重復五次，記錄所測數據，數搖表怡自ffl, it算、。（2）分別在兩滑塊上換上尼龍搭扣,重M±a測量和廿算。（3）分別在兩滑塊上換上金屬碰撞器,重復上述測量和廿算。 2. 驗證機8(能守恒定律(1 ) a=0 Wt m、mf、s、w、v2, it算勢能増量mgs和動能増量,重復五次測量，數據表怡自抵。(2

3、) 時，(即將導軌一端墊起一固定髙度h,)，重a in iii量。三、實鯊泉理:如果一個力學系貌所受合外力為零或在某方向上的合外力為零，剛該力學系統(tǒng)總動量守 恒或在某方向上守恒，即d)實驗中用兩個質量分別為口、m2的滑塊來fit撞(4.1.2-1 )，若忽15氣流IB力,ffiffiS)量守恒有(2)劉干完全脾性研撞，耍求兩個滑行器的蹴撞面有用弾性良好的禪簧組成的緩沖器,我們可用鋼IS作完全強性研撞器；對干完全非聲性碩撞，蹴撞面可用尼龍搭枷、橡皮泥 或油雙；一般非聲性碩撞用一般金屬如合金、鉄等，無論呱種般撞面，必須保證是對心 磁撞。當兩滑塊在水平的導利上作對心碰撞時，忽略氣潼陽力，且不受他任何

4、水平方向外 力的影響，因此這兩個滑挾組成的力學系筑在水平方向朋量守恒。由于滑塊作一維運動, 式(2)中矢量v可改成標量，的方向由正負號決定，若與所選取的坐標軸方向相 同呱取正號，fi2,號。1. 完全完全強性研撞的標志是磁撞前后動量守恒，動能也守恒，妙(3)(4)由(3)、 (4)兩式可解得窩撞后的速度為(5)(6)如果V2O=0, W有(7)(9)動量損失率為(9)能量損失率為(10)理論上，動量損失和能量損失都為零，但在實驗中,由干空氣皿力和氣墊導軌本身 的原因，不可能完全為零，但在一定誤差XBI內可從為是守恒的。2 完全非代撞后，二滑塊粘在一起以10同一速度運朋，l!P為完全非撞。在完全

5、非律 性碰撞中，系貌勸量守包，動能不守恒。(11)在實驗中,ilv2O=0,則有(12) (14)動量損失率(14)動能捌失率(15)3. 一般非彈性碰撞般悄況下，仰撞后，一部分機檢能將轉變?yōu)槠渌问降哪芰浚?植能守包在此悄況已不適用。牛碩總結實驗結果并提岀磁撞定ft： «撞后兩物1$的分離速度 與蹴撞前兩物體的接近速度成正比，比值稱為枚更系數，即(16)恢口系數e由橫撞物體的質料決定o Effi由實驗測定，般情況下0<e<1,當e=1H,為完全彈性研撞；e=0 W,為完全非禪性磁撞。4. 驗證機植能彳恒定律如杲一個力學系統(tǒng)只有保守力做功，其他內力和一幼外力都不作功，則系

6、貌機1«能 守恒。ffl4J.2-2所示，將氣墊導IH-S加一墊塊，使導耕與水平面威a角，把質量 為m的裱碼用細繩通過滑輪弓質量m'的滑塊相連，滑輪的等效質量為嘰，根松機植 能守恒定律，有(17)式中s為落的即離，wfflv2分別為滑塊通Us即離的始末速度。如果將導 珈調戒水平，則有(18)在無任何非保守力對系統(tǒng)作功時，系統(tǒng)機械能守恒。但在實驗中存在耗散力，如空 氣皿力和滑輪的摩擦力等作功，使HI植能有S!失，但在一定誤差XBI內可從為HI植能是 守恒的。四、實驗儀器及使用方法:1、氣墊導珈裝置：主要由氣軌、氣滌、滑塊、捋光片、光電門、游標卡尺、米尺和光電it時裝置等。 運用

7、本實驗儀器可做名種實驗，比如平均速度fll瞬附速度、勻速直找運朋的研究、牛典 第二定偉的驗證、完全非聲H般撞、非完全彈性礦撞、重力勢能與平動動能等。氣墊導珈是以空氣作為冊滑劑，近（11無摩擦的力學實驗裝置。導珈由優(yōu)質三角鉗合 金管制成，長列2m,料面寬度約7cm,管腔18.25cm,端密封，一端通人壓細空 氣。鋁管向上的兩個外表面鉆有許名噴氣小孔，壓編空氣逍入管腔后，從小孔噴出。導 珈的一端裝有滑輪，導M-端裝有緩沖聲簧，整個導軌安裝在工字梁上，梁卞有三個 支啣，調節(jié)支腳螺絲使氣墊保持水平。2、滑塊和拾光片:滑塊采用特制的帶有五條細蝶紋I!的人字里58合金，便于安裝各種附件，下表面與 氣合，磁

8、撞中心在質心平面內。営光片的結構分長方里A1U里兩種。3、滑塊的接敢面:不同的接融面導致不同的礦撞效果。4、光電門： 光電計附系統(tǒng)由光電門皿數字毫杪it或電Bitw器構咸。光電門安裝在氣軟上，時 間由數字毫枚計或電jHitW器測量。5、電IB計時器6、氣源：氣滌是向氣墊導軌管腔內輸送壓細空氣的設備。要求氣源有氣說量大、供氣矗定、賺 音小、能連續(xù)工作的特自，一般實驗室釆用小塑氣源，氣墊導軌的JS氣口用橡皮管皿氣 漁相連，進人導軌內的壓細空氣，由導軌表面上的小孔噴出，從而托浮起滑塊，托起的 髙度一般在0.1mm以上。五、實驗數據記錄與處理：1、完全撞:Ml = 3(X). 0 g M2 = ISO

9、. 0 g ds = 10. ()0 mm123Ld5tiu(ms)13.0213.0512.9912.9612.94Atms)9.659.789.829.859.8538.4738.4538.4838.5638.63Viu(cm /s)76.8076.6376.9877.1677.28Vri(cm 103.63102.25101.83101.52101.52Vri(Gin /s)25.9926.0025.9925.9325.89-1.31%-0.65%0.10%0.60%0.82%AEfE-2.47%-0.54%1.11%2.15%2.49%1101.0899.50%98.52%97.96%

10、97.87%數掲i已錄2、-JRWttS撞:變數據記錄B數掲記錄1234I5Atiufms)12.7312.9112.8112.8712.93tHms)10.6710.8510.7710.8810.8431.3932.0232.2132.2632.25Vw(cm /s)78.5577.4678.0677.7077.34V2(cm /'s)93.7292.1792.8591.9192.25Mi = 3(X). 0 g M2 = 150. 0 g AS = 10. ()0 mm31.8631.2331.0531.0031.01AI¥P-0.21%0.19%0.76%0.96%0.

11、27%AET12.38%12.96%13.45%1412%12.79%C78.75%78.67%79.17%78.40%79.19%3、完全非Wtttl：先數據記錄刪除計算12.6113.0613.4019.3520.5418.8119.3019.9420.4318.8719.2819.8876.8673.3779.3076.5774.63數據記錄V3u(cm /s)13.0113.6319.35 51.6848.6953.1651.8150.15gg300. 0150. 01 (L ()0Mi =M2 =AS =¥】(cm /s)mm0.00% -0.36%E'E51.68

12、48.9552.9951.8750.30-0.85% 0.11%32.19% 33.47%-0.35%-1.57%32.87%31.22%31.99%0.21%-0.07%-0.20%穴、實驗給果及淚差分析：結果:在誤差允許X圍內，三種W撞基本符合動量守恒規(guī)律。E值在實驗測定，當e=1 H,為完全弾性Hi; e=0W,為完全非0<e<1時, 為-fflSJtttt撞俁差分析：1、實驗中，物快在滑動時，受到一些摩擦力，嚴生實驗誤差。2、另外可能氣墊導軌未真正調平，便一跚分車力做功，黔哨了實驗的a«Ho3、實驗儀器的蒂購廈未迖到要求。七、思考題:1、樓拖前后系竦總動量不相等，試分折其原因。5：因為實驗中，物塊在滑朋時，受到一些摩撩力，嚴生實驗誤差，另外可能氣墊導軟未 真正調平，使一部分璽力做血，影響了實呀的準確性，導致了系就總動量不守恒。2、恢夏