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1、大学物理仿真实验碰撞与动量守恒实验报告实验简介: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硕定律导出来的，在现代胸理学所册究的领域中存在很名牛硕定 律不适用的悄况，例如髙速运动物II或傲观領域中村子的运朋规律和相互作用等，但是 能量守恒定偉m然有效。因此，能量守恒定律成为了比牛典定偉更为晋遍适用的定律。本实验的目的是利用气垫导秸册究一维怔撞的三种悄说，騎证动量守恒和能量守恒 定偉。定量册究动量损失和能量损失在工程技术中有重耍意义。同时通过实验还可提高 娱差分析的能力。二、实验内容：1. 研究三种蹴撞状态下的守恒定律（1 ）取两滑块叶、012,
2、且010012,用物理天平称mi、012的质量（包括省光片）o 将两滑块分别装上禅簧鋼團,滑块血置于两光电门之同（两光电门即离不可太远）, 使其静止,用m,« m2,分别记下n通过第一个光电门的时fUh和经U第二个光电 门的WfBlAU UKm2iiil第二个光电门的时同匕重复五次，记录所测数据，数摇表怡自ffl, it算、。（2）分别在两滑块上換上尼龙搭扣,重M±a測量和廿算。（3）分别在两滑块上換上金属碰撞器,重复上述測量和廿算。 2. 验证机8(能守恒定律(1 ) a=0 Wt m、mf、s、w、v2, it算势能増量mgs和动能増量,重复五次测量，数据表怡自抵。(2
3、) 时，(即将导軌一端垫起一固定髙度h,)，重a in iii量。三、实鲨泉理:如果一个力学系貌所受合外力为零或在某方向上的合外力为零，刚该力学系统总动量守 恒或在某方向上守恒，即d)实验中用两个质量分别为口、m2的滑块来fit撞(4.1.2-1 )，若忽15气流IB力,ffiffiS)量守恒有(2)刘干完全脾性研撞，耍求两个滑行器的蹴撞面有用弾性良好的禅簧组成的缓冲器,我们可用鋼IS作完全强性研撞器；对干完全非聲性硕撞，蹴撞面可用尼龙搭枷、橡皮泥 或油双；一般非聲性硕撞用一般金属如合金、鉄等，无论呱种般撞面，必须保证是对心 磁撞。当两滑块在水平的导利上作对心碰撞时，忽略气潼阳力，且不受他任何
4、水平方向外 力的影响，因此这两个滑挟组成的力学系筑在水平方向朋量守恒。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 同呱取正号，fi2,号。1. 完全完全强性研撞的标志是磁撞前后动量守恒，动能也守恒，妙(3)(4)由(3)、 (4)两式可解得窝撞后的速度为(5)(6)如果V2O=0, W有(7)(9)动量损失率为(9)能量损失率为(10)理论上，动量損失和能量損失都为零，但在实验中,由干空气皿力和气垫导轨本身 的原因，不可能完全为零，但在一定误差XBI内可从为是守恒的。2 完全非代撞后，二滑块粘在一起以10同一速度运朋，l!P为完全非撞。在完全
5、非律 性碰撞中，系貌劝量守包，动能不守恒。(11)在实验中,ilv2O=0,则有(12) (14)动量损失率(14)动能捌失率(15)3. 一般非弹性碰撞般悄况下，仰撞后，一部分机檢能将转变为其他形式的能量，1植能守包在此悄况已不适用。牛硕总结实验结果并提岀磁撞定ft： «撞后两物1$的分离速度 与蹴撞前两物体的接近速度成正比，比值称为枚更系数，即(16)恢口系数e由橫撞物体的质料决定o Effi由实验测定，般情况下0<e<1,当e=1H,为完全弹性研撞；e=0 W,为完全非禅性磁撞。4. 验证机植能彳恒定律如杲一个力学系统只有保守力做功，其他内力和一幼外力都不作功，则系
6、貌机1«能 守恒。ffl4J.2-2所示，将气垫导IH-S加一垫块，使导耕与水平面威a角，把质量 为m的裱码用细绳通过滑轮弓质量m'的滑块相连，滑轮的等效质量为叽，根松机植 能守恒定律，有(17)式中s为落的即离，wfflv2分别为滑块通Us即离的始末速度。如果将导 珈调戒水平，则有(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 气皿力和滑轮的摩擦力等作功，使HI植能有S!失，但在一定误差XBI内可从为HI植能是 守恒的。四、实验仪器及使用方法:1、气垫导珈装置：主要由气轨、气滌、滑块、捋光片、光电门、游标卡尺、米尺和光电it时装置等。 运用
7、本实验仪器可做名种实验，比如平均速度fll瞬附速度、匀速直找运朋的研究、牛典 第二定偉的验证、完全非聲H般撞、非完全弹性礦撞、重力势能与平动动能等。气垫导珈是以空气作为冊滑剂，近（11无摩擦的力学实验装置。导珈由优质三角钳合 金管制成，长列2m,料面宽度约7cm,管腔18.25cm,端密封，一端通人压细空 气。铝管向上的两个外表面钻有许名喷气小孔，压编空气逍入管腔后，从小孔喷出。导 珈的一端装有滑轮，导M-端装有缓冲聲簧，整个导轨安装在工字梁上，梁卞有三个 支啣，调节支脚螺丝使气垫保持水平。2、滑块和拾光片:滑块采用特制的带有五条细蝶纹I!的人字里58合金，便于安装各种附件，下表面与 气合，磁
8、撞中心在质心平面内。営光片的结构分长方里A1U里两种。3、滑块的接敢面:不同的接融面导致不同的礦撞效果。4、光电门： 光电计附系统由光电门皿数字毫杪it或电Bitw器构咸。光电门安装在气软上，时 间由数字毫枚计或电jHitW器測量。5、电IB计时器6、气源：气滌是向气垫导軌管腔内输送压细空气的设备。要求气源有气说量大、供气矗定、賺 音小、能连续工作的特自，一般实验室釆用小塑气源，气垫导轨的JS气口用橡皮管皿气 漁相连，进人导轨内的压细空气，由导轨表面上的小孔喷出，从而托浮起滑块，托起的 髙度一般在0.1mm以上。五、实验数据记录与处理：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%数掲i已录2、-JRWttS撞:變数据记录B数掲记录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：先数据记录删除计算12.6113.0613.4019.3520.5418.8119.3019.9420.4318.8719.2819.8876.8673.3779.3076.5774.63数据记录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、实验给果及淚差分析：结果:在误差允许X围内，三种W撞基本符合动量守恒规律。E值在实验測定，当e=1 H,为完全弾性Hi; e=0W,为完全非0<e<1时, 为-fflSJtttt撞俣差分析：1、实验中，物快在滑动时，受到一些摩擦力，严生实验误差。2、另外可能气垫导轨未真正调平，便一跚分車力做功，黔哨了实验的a«Ho3、实验仪器的蒂購厦未迖到要求。七、思考題:1、楼拖前后系竦总动量不相等，试分折其原因。5：因为实验中，物块在滑朋时，受到一些摩撩力，严生实验误差，另外可能气垫导软未 真正调平，使一部分璽力做血，影响了实呀的准确性，导致了系就总动量不守恒。2、恢夏系数e的夫小取决于些因索？S：取决干/撞接触面的特性，竟捶物U的质料。3、你还能想出骏ii机植能守恒的其也方法骂？苔：由一个1/4半径为r圓*形软道机直asa道光滑连接起来，要求轨道近炊光滑，另 一小球在岡礼形扎道上晟高点累姑内堡自由下落，在頁找塑珈道上笊置两个光电门，根据时 冋差和路桿測得速度V。II恥形珈道，代人it its并比较車力势能城少量mgh与动能增加 量 1/2mv*2o