《碰撞参考资料打靶.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《碰撞参考资料打靶.doc（7页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、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】1. 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”。2. 碰撞时的动量守恒：两物体碰撞前后的总动量不变。3. 平抛运动： 将物体用一定的初速度 v0 沿水平方向抛出， 在不计空气阻力的情况下，物体所
2、作的v0 t ， y12运动称平抛运动，运动学方程为x2g t （式中 t 是从抛出开始计算的时间，x 是物体在时间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）。4.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 p mgh 。5.质量为 m 的物体以速度 v 运动时，其动能为Ek1mv2。26. 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。7. 弹性碰撞：在碰撞过程中没有机械能损失的碰撞。8. 非弹
3、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】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- 1 -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
4、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内。小球质量可用电子天平称量。12111098713614515h416Y32y11x1Xx2图 1 碰撞打靶实验仪1. 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【实验内容与步骤】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。（一）观察两个相同质量钢球碰撞前后运动状态，测量
5、碰撞前后的能量损失。1. 根据靶心的位置，测出x 、 y ，并据此算出撞击球的高度h（预习时应自行推导出由x和 y 计0算高度 h0 的公式），将实验数据记入表一。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。- 2 -3. 调整导轨水平，如果不水平可调节“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”。4. 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
6、球半径。然后利用滑块上的固定螺钉将滑块锁紧在导轨的该位置上。5. 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。6. 在“靶盒 16”中，放入靶纸，并在上面覆盖一张复写张。7. 将直流电源与“按钮盒”连接。8.调节升降架使它的高度为h0 ，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。9. 将“被撞球 13”，放置在“载球支柱 14”上。10.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。记下被撞球击中靶纸的位置（可撞击多次求平均），应对撞击球的高度
7、作怎样的调整， 才可以击中靶心？ （预习时应自行推导出由x 、x 和 y ，及计算高度差 h h h0的公式。），将实验数据记入表二，并用算术平均值的标准偏差写出x 的完整结果表达式。11. 对撞击球的高度作调整后，再重复若干次试验，以确定能击中靶心的h 值；请老师检查被撞球击中靶纸的位置后记下此h 值，并据此计算碰撞前后总的能量损失为多少。12. 观察两小球在碰撞前后的运动状态，分析碰撞前后各种能量损失的原因。（二）观察两个不同质量钢球碰撞前后运动状态，测量碰撞前后的能量损失。用直径、质量都不同的被撞球，重复上述实验，比较实验结果并讨论之。（注意：由于直径不同，应重新调节升降台的高度，或重新
8、调节细绳。）【数据表格及数据处理】一 两个相同钢球碰撞测量1. 若使钢球击中靶心（其位置为x），测量 y，根据实验原理计算h0 =；当m1 m2 时， h0 =；?h = h-h0 =。- 3 -表 1 打靶前各参数测量值（ m m1m2 ）球的质量 m/g球的直径 d/cm 0 计算值 /cmy1/cmy/cmx1/cmx2/cmx/cm注： y= y1+d/2 ； x= x1 +x 2表 2各次打靶测量数据打靶中靶击中位置平均值修正值h0 /cmx1/cmx2/cmx /cmh /cm次数环数x /cm123打靶中靶击中位置修正值h /cmx1 /cm x2/cmh /cm次数环数x /c
9、m42. 重力加速度为 9.801/s 2，碰撞过程中的总能量损失为mg( h-h0) =3. 计算 x 算术平均值的标准偏差，写出其完整结果表达式。二 两个不同钢球碰撞测量实验内容与步骤同两个相同钢球碰撞测量，但要注意在m1 m2 的情况下的实验。三实验参数1. 摆球，钢质，直径 2.0cm。2. 被撞钢球，直径 2.0cm 和 1.8cm 两种。【注意事项】- 4 -1. 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。2. “摆球”运动时，摆臂不得晃动，相关的固定螺丝必须拧紧。3. 电磁铁吸住摆球时，摆线应
10、处于直线状态。摆线不得有明显松驰现象。【思考题】1. 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？2. 找出本实验中，产生h 的各种原因（除计算错误和操作不当原因外）。3. 在质量相同的两球碰撞后，撞击球的运动状态与理论分析是否一致？这种现象说明了什么？4. 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？5. 此实验中，绳的张力对小球是否做功？为什么？6. 定量导出本实验中碰撞时传递的能量e 和总能量 E 的比e / E 与两球质量比m1 的关系。m27. 本实验中，球体不用金属，用石蜡或软木可以吗？为什么？8. 举例说明现实生活中哪些是弹性碰撞？哪些是非弹性碰撞？它们对人类的益处和害处如何？9. 据科学家推测，6500 万年前白垩纪与第三纪之间的恐龙灭绝事件，可能是由一颗直径约10km的小天体撞击地球造成的。这种碰撞是否属于弹性碰撞？【参考资料】1. 沈元华、陆申龙 , 基础物理实验 ，北京：高等教育出版社， 2003 ： 29 32.2. 沈元华等 , 设计性研究性物理实验教程 ，上海：复旦大学出版社， 2004： 2 4.3. 郑永令、贾起民、方小敏 , 力学，北京：高等教育出版社， 2002 ： 179 183.- 5 -