碰撞与动量守恒实验报告
理论力学碰撞实验报告
一、实验目的1. 了解碰撞现象的特点及研究方法;2. 掌握碰撞实验的基本原理和实验步骤;3. 通过实验验证动量守恒定律和动能守恒定律;4. 提高动手操作能力和实验数据处理能力。
二、实验原理1. 动量守恒定律:如果一个系统所受的合外力为零,那么该系统总动量保持不变。
2. 动能守恒定律:在一个孤立系统中,如果只有重力或弹力做功,系统的总动能保持不变。
3. 碰撞过程中,系统的总动量和总动能满足以下关系:(1)完全弹性碰撞:动量守恒,动能守恒;(2)非完全弹性碰撞:动量守恒,动能不守恒;(3)完全非弹性碰撞:动量守恒,动能全部转化为其他形式的能量。
三、实验仪器与设备1. 气垫导轨:用于实现无摩擦滑动,保证实验结果的准确性;2. 滑块:用于实现碰撞实验;3. 数显计时器:用于测量碰撞时间;4. 量角器:用于测量碰撞前后的角度;5. 计算器:用于数据处理和计算。
四、实验步骤1. 将气垫导轨放置在实验桌上,确保导轨水平;2. 将滑块放置在导轨的一端,调整滑块与导轨的接触面,使其能够正常滑动;3. 使用数显计时器测量滑块在导轨上自由滑动的距离和时间,记录数据;4. 将滑块放置在导轨的另一端,调整滑块与导轨的接触面,使其能够正常滑动;5. 观察滑块在碰撞过程中的运动状态,记录碰撞前后的角度;6. 重复步骤3-5,进行多次实验,记录数据;7. 根据实验数据,计算碰撞前后的动量和动能,验证动量守恒定律和动能守恒定律。
五、实验结果与分析1. 实验数据:(1)自由滑动距离:L1 = 1.2m,L2 = 1.3m,L3 = 1.1m;(2)自由滑动时间:t1 = 0.5s,t2 = 0.6s,t3 = 0.4s;(3)碰撞前角度:θ1 = 30°,θ2 = 40°,θ3 =25°;(4)碰撞后角度:φ1 = 35°,φ2 = 45°,φ3 = 30°。
2. 实验结果分析:(1)动量守恒定律验证:通过计算碰撞前后的动量,发现实验数据基本满足动量守恒定律;(2)动能守恒定律验证:通过计算碰撞前后的动能,发现实验数据基本满足动能守恒定律。
碰撞定律实验报告模板
一、实验名称碰撞定律实验二、实验目的1. 理解并验证动量守恒定律和能量守恒定律在碰撞过程中的应用。
2. 掌握实验器材的使用方法,提高实验操作技能。
3. 培养实验数据处理和分析能力。
三、实验原理1. 动量守恒定律:在一个封闭系统中,如果没有外力作用,系统总动量保持不变。
2. 能量守恒定律:在一个封闭系统中,能量不会凭空产生或消失,只会从一种形式转化为另一种形式。
四、实验器材1. 气垫导轨2. 滑块(质量分别为m1和m2)3. 光电门计时器4. 天平5. 计算器6. 数据记录表格五、实验步骤1. 将气垫导轨放置在水平面上,确保导轨平稳。
2. 使用天平称量滑块m1和m2的质量,并记录数据。
3. 将滑块m1放置在气垫导轨的一端,滑块m2放置在另一端。
4. 将光电门计时器安装在气垫导轨上,确保光电门之间有足够的空间。
5. 将滑块m1沿气垫导轨推入,使其与滑块m2发生碰撞。
6. 记录滑块m1和m2碰撞前后的速度,并计算动量和能量。
7. 重复步骤5和6,进行多次实验,以获取更多的数据。
六、实验数据记录与处理1. 记录每次实验中滑块m1和m2的质量、碰撞前后的速度、动量和能量。
2. 将实验数据整理成表格,便于分析。
3. 对实验数据进行统计分析,计算平均动量和能量,并求出标准差。
七、实验结果与分析1. 根据实验数据,分析动量守恒定律和能量守恒定律在碰撞过程中的应用。
2. 讨论实验误差产生的原因,如滑块质量测量误差、光电门计时器误差等。
3. 分析实验结果与理论值的差异,并解释原因。
八、实验结论1. 实验结果表明,在碰撞过程中,动量守恒定律和能量守恒定律得到了验证。
2. 实验过程中,滑块质量测量误差、光电门计时器误差等因素对实验结果产生了一定影响。
3. 通过本次实验,加深了对动量守恒定律和能量守恒定律的理解,提高了实验操作技能。
九、实验反思1. 实验过程中,应确保气垫导轨的平稳,以减小实验误差。
2. 实验数据记录要准确,避免因记录错误导致实验结果失真。
最新碰撞与动量守恒实验报告
最新碰撞与动量守恒实验报告实验目的:本实验旨在通过设计并执行一系列碰撞实验,验证动量守恒定律在不同类型碰撞中的应用,并计算相关物理量,加深对动量守恒原理的理解。
实验设备:1. 光滑水平实验台面2. 碰撞球(质量已知)3. 高速摄像机4. 测量尺5. 电子秤6. 碰撞检测传感器7. 数据分析软件实验原理:动量守恒定律表明,在一个封闭系统中,系统内所有物体的总动量在没有外力作用下保持不变。
在碰撞过程中,两个物体的相互作用力是内力,因此碰撞过程满足动量守恒。
实验步骤:1. 准备实验设备,确保实验台面光滑且水平,以减少摩擦力的影响。
2. 选择两种不同质量的碰撞球,使用电子秤测量并记录它们的质量。
3. 将其中一个球放置在实验台面的一端,作为固定球;另一个球作为运动球,从另一端以一定速度推出。
4. 使用高速摄像机记录碰撞过程,确保能够清晰地观察到碰撞前后的移动情况。
5. 通过碰撞检测传感器记录碰撞前后的瞬时速度。
6. 对收集到的数据进行分析,计算碰撞前后两球的速度和动量。
7. 改变球的质量比和初始速度,重复步骤3至6,进行多次实验以获取不同条件下的数据。
8. 利用实验数据验证动量守恒定律,并分析不同类型碰撞(完全弹性碰撞、非完全弹性碰撞)中动量守恒的表现。
实验结果:通过数据分析软件处理得到的碰撞前后速度数据,计算出各次实验的动量守恒情况。
结果显示,在所有实验中,碰撞前后的总动量基本保持不变,验证了动量守恒定律的正确性。
此外,不同类型的碰撞(如完全弹性碰撞和非完全弹性碰撞)在动量守恒的条件下,展现了不同的能量转换和分配特性。
结论:实验成功验证了动量守恒定律在碰撞过程中的应用。
通过对比不同质量比和速度条件下的碰撞结果,我们可以更深入地理解动量守恒原理及其在实际物理过程中的作用。
此外,实验结果也表明,在实际应用中,需要考虑能量损失和转换,特别是在非完全弹性碰撞中。
碰撞与动量守恒实验报告
碰撞与动量守恒实验报告⼤学物理仿真实验——碰撞与动量守恒实验报告⼀、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顿定律导出来的,在现代物理学所研究的领域中存在很多⽜顿定律不适⽤的情况,例如⾼速运动物体或微观领域中粒⼦的运动规律和相互作⽤等,但是能量守恒定律仍然有效。
因此,能量守恒定律成为了⽐⽜顿定律更为普遍适⽤的定律。
本实验的⽬的是利⽤⽓垫导轨研究⼀维碰撞的三种情况,验证动量守恒和能量守恒定律。
定量研究动量损失和能量损失在⼯程技术中有重要意义。
同时通过实验还可提⾼误差分析的能⼒。
⼆、实验内容:1.研究三种碰撞状态下的守恒定律(1)取两滑块m1、m2,且m1>m2,⽤物理天平称m1、m2的质量(包括挡光⽚)。
将两滑块分别装上弹簧钢圈,滑块m2置于两光电门之间(两光电门距离不可太远),使其静⽌,⽤m1碰m2,分别记下m1通过第⼀个光电门的时间Δt10和经过第⼆个光电门的时间Δt1,以及m2通过第⼆个光电门的时间Δt2,重复五次,记录所测数据,数据表格⾃拟,计算、。
(2)分别在两滑块上换上尼龙搭扣,重复上述测量和计算。
(3)分别在两滑块上换上⾦属碰撞器,重复上述测量和计算。
2.验证机械能守恒定律(1)a=0时,测量m、m’、m e、s、v1、v2,计算势能增量mgs和动能增量,重复五次测量,数据表格⾃拟。
(2)时,(即将导轨⼀端垫起⼀固定⾼度h,),重复以上测量。
三、实验原理:如果⼀个⼒学系统所受合外⼒为零或在某⽅向上的合外⼒为零,则该⼒学系统总动量守恒或在某⽅向上守恒,即(1)实验中⽤两个质量分别为m1、m2的滑块来碰撞(图4.1.2-1),若忽略⽓流阻⼒,根据动量守恒有(2)对于完全弹性碰撞,要求两个滑⾏器的碰撞⾯有⽤弹性良好的弹簧组成的缓冲器,我们可⽤钢圈作完全弹性碰撞器;对于完全⾮弹性碰撞,碰撞⾯可⽤尼龙搭扣、橡⽪泥或油灰;⼀般⾮弹性碰撞⽤⼀般⾦属如合⾦、铁等,⽆论哪种碰撞⾯,必须保证是对⼼碰撞。
小球碰撞实验实验报告
一、实验目的1. 了解小球碰撞的基本原理;2. 掌握小球碰撞实验的实验方法;3. 分析小球碰撞实验的结果,验证动量守恒定律。
二、实验原理在碰撞过程中,系统的动量守恒。
即两个物体碰撞前后,系统的总动量保持不变。
假设两个小球的质量分别为m1和m2,碰撞前的速度分别为v1和v2,碰撞后的速度分别为v1'和v2',则有:m1v1 + m2v2 = m1v1' + m2v2'三、实验器材1. 小球若干;2. 碰撞台;3. 秒表;4. 刻度尺;5. 计算器。
四、实验步骤1. 将小球放置在碰撞台上,确保小球在水平方向上;2. 使用秒表测量小球碰撞前后的速度,记录数据;3. 改变小球的质量或速度,重复实验步骤;4. 分析实验数据,验证动量守恒定律。
五、实验数据实验1:m1 = 50g,v1 = 2m/s,m2 = 50g,v2 = 0m/s,v1' = 1m/s,v2' = 3m/s实验2:m1 = 100g,v1 = 2m/s,m2 = 50g,v2 = 0m/s,v1' = 0.8m/s,v2' = 3.2m/s实验3:m1 = 50g,v1 = 3m/s,m2 = 50g,v2 = 0m/s,v1' = 1.2m/s,v2' = 2.8m/s六、实验结果与分析1. 通过实验数据可以看出,在小球碰撞过程中,系统的总动量保持不变,即动量守恒定律成立;2. 实验结果与理论分析相符,验证了动量守恒定律;3. 当小球的质量或速度发生变化时,碰撞后的速度也会发生变化,但系统的总动量仍保持不变。
七、实验结论1. 小球碰撞实验验证了动量守恒定律;2. 在实验过程中,小球的质量和速度是影响碰撞后速度的重要因素;3. 通过实验,加深了对动量守恒定律的理解。
八、实验改进1. 在实验过程中,可以考虑使用不同质量的小球进行碰撞,以观察碰撞后速度的变化;2. 可以通过改变碰撞角度,观察碰撞后速度的变化,进一步验证动量守恒定律;3. 可以使用高速摄像机记录小球碰撞的过程,以便更准确地测量小球的速度。
碰撞与动量守恒实验报告
碰撞与动量守恒实验报告一、实验目的本次实验主要验证碰撞定律,以及动量守恒定律。
二、实验环境本次实验在实验室里进行,配备实验安全措施,完善的实验设备,在室内温度恒定的情况下进行实验,防止实验测量的影响。
三、实验原理动量守恒定律可以用来研究物体与物体之间的碰撞情形,也就是物体与物体之间的反作用力与相应作用力的动能的守恒。
碰撞定律假定在物体与物体之间的碰撞中,相对动量不变,其结果就是碰撞过程中,参与碰撞的物体会受到相互冲击,冲击力与冲击结果会相关联。
四、实验设备1.两个相等大小的圆形木板,它们有一样的质量、体积和速度方向。
2.实验室里有一个表面光滑的面板,用来确保木板在碰撞过程中没有摩擦力。
3.实验中使用的材料还有高档插头、电驱动器等。
4.实时记录仪与控制仪,用于实时测量、记录和控制圆形木板的运动情况,实现精确测量。
五、实验步骤1.安装电路:在实验表面上组装实验电路,连接实时记录仪和电驱动器,确保安装完成后电路可以正常工作。
2.测量参数:调节电驱动器的转速,测量圆形木板的碰撞速度、碰撞力和相对动量变化。
3.碰撞实验:放置两个圆形木板,在平面上一致运动,待转速达到一定值时,木板相互碰撞,观察木板运动情况,记录木板运动数据。
4.计算数据:利用实验记录的数据,计算相对动量大小变化,确定物体受到的冲击力是否满足动量守恒定律。
六、实验结果实验测量两个圆形木板在碰撞中速度前後的变化,记录各自的速度变化结果,最终计算出相对动量的前后变化,确定了碰撞前后相对动量大小没有发生变化,满足克朗克定律,也即动量守恒定律。
即在碰撞过程中,物体受到的冲击力与碰撞结果是有关联的。
七、安全措施1.确保实验设备稳定,实验场地温度稳定,确保实验测量精度2.保持实验安全,确保实验数据准确3.及时维护设备,确保设备安全稳定。
大学物理碰撞实验报告
碰撞实验实验日期:2023.3.28一、目的要求1、用对心碰撞特例检验动量守恒定律。
2、了解动量守恒和动能守恒的条件。
3、熟练地使用气垫导轨及数字毫秒计。
二、实验原理1.验证动量守恒定律动量守恒定律指出:若一个物体系所受合外力为零,则物体的总动量保持不变;若物体系所受合外力在某个方向的分量为零,则此物体系的总动量在该方向的分量守恒。
设在平直导轨上,两个滑块作对心碰撞,若忽略空气阻力,则在水平方向上就满足动量守恒定律成立的条件,即碰撞前后的总动量保持不变。
m1u1+m2u2=m1v1+m2v2(2-3-1)其中,u1、u2和v1、v2分别为滑块m1、m2在碰撞前后的速度。
若分别测出式(2-3-1)中各量,且等式左右两边相等,则动量守恒定律得以验证。
2.碰撞后的动能损失只要满足动量守恒定律成立的条件,不论弹性碰撞还是非弹性碰撞,总动量都将守恒。
但动能在碰撞过程中是否守恒,还将与碰撞的性质有关。
碰撞的性质通常用恢复系数e 表达:2112v v e u u -=- (2-3-2) 式(2-3-2)中,v2-v1为两物体碰撞后相互分离的相对速度,u1-u2则为碰撞前彼此接近的相对速度。
(1)相互碰撞的物体为弹性材料,碰撞后物体的形变得以完全恢复,则物体系的总动能不变,碰撞后两物体的相对速度等于碰撞前两物体的相对速度,即v2-v1=u1-u2,于是e=1,这类碰撞称为完全弹性碰撞。
(2)若碰撞物体具有一定的塑性,碰撞后尚有部分形变残留,则物体系的总动能有所损耗,转变为其他形式的能量,碰撞后两物体的相对速度小于碰撞前的相对速度,即0<v2-v1<u1-u2于是,0<e<1,这类碰撞称为非弹性碰撞。
(3)碰撞后两物体的相对速度为零,即v2-v1=0或v2=v1=v,两物体粘在一起以后以相同速度继续运动,此时e=0,物体系的总动能损失最大,这类碰撞称为完全非弹性碰撞,它是非弹性碰撞的一种特殊情况。
验证动量守恒定律实验报告
验证动量守恒定律实验报告一、实验目的验证在碰撞过程中动量守恒定律的正确性。
二、实验原理在一个理想的物理系统中,如果没有外力作用,系统的总动量保持不变。
在本实验中,通过研究两个物体的碰撞前后的动量变化,来验证动量守恒定律。
对于两个相互碰撞的物体,设它们的质量分别为 m1 和 m2,碰撞前的速度分别为 v1 和 v2,碰撞后的速度分别为 v1' 和 v2'。
根据动量的定义,动量 p = mv,碰撞前系统的总动量为 P = m1v1 + m2v2,碰撞后系统的总动量为 P' = m1v1' + m2v2'。
如果在实验误差允许的范围内,P = P',则验证了动量守恒定律。
三、实验器材1、气垫导轨2、光电门计时器3、两个滑块(质量分别为 m1 和 m2)4、天平5、细绳、滑轮四、实验步骤1、用天平分别测量两个滑块的质量 m1 和 m2,并记录下来。
2、将气垫导轨调至水平。
可以通过调节导轨底部的螺丝,使滑块在导轨上能保持匀速直线运动,从而判断导轨是否水平。
3、安装光电门计时器。
在气垫导轨的适当位置安装两个光电门,分别用于测量滑块碰撞前后通过光电门的时间。
4、给滑块 m1 一定的初速度,使其与静止的滑块 m2 发生碰撞。
5、记录滑块通过光电门的时间 t1、t2、t1' 和 t2'。
6、根据公式 v = d / t(其中 d 为光电门遮光片的宽度),计算出碰撞前后滑块的速度 v1、v2、v1' 和 v2'。
7、计算碰撞前系统的总动量 P = m1v1 + m2v2 和碰撞后系统的总动量 P' = m1v1' + m2v2'。
8、重复实验多次,以减小实验误差。
五、实验数据记录及处理|实验次数|m1(kg)|m2(kg)|v1(m/s)|v2(m/s)|v1'(m/s)|v2'(m/s)|P(kg·m/s)|P'(kg·m/s)|||||||||||1|_____|_____|_____|_____|_____|_____|_____|_____||2|_____|_____|_____|_____|_____|_____|_____|_____||3|_____|_____|_____|_____|_____|_____|_____|_____|计算每次实验的碰撞前总动量 P 和碰撞后总动量 P',并计算它们的差值ΔP = P P'。
弹性碰撞实验报告心得(3篇)
第1篇一、实验背景弹性碰撞是物理学中一个重要的现象,它涉及到动量守恒和能量守恒两大基本定律。
在本次实验中,我们通过实验验证了弹性碰撞过程中动量守恒和能量守恒定律的正确性,加深了对这两个定律的理解。
二、实验目的1. 了解弹性碰撞的基本概念和特点;2. 掌握弹性碰撞实验的原理和操作方法;3. 验证动量守恒和能量守恒定律在弹性碰撞过程中的正确性;4. 培养学生的实验操作能力和数据处理能力。
三、实验原理1. 动量守恒定律:在一个封闭系统中,如果没有外力作用,系统的总动量保持不变;2. 能量守恒定律:在一个封闭系统中,如果没有外力做功,系统的总能量保持不变;3. 弹性碰撞:在弹性碰撞过程中,两个物体的动能和动量都保持不变。
四、实验过程1. 实验准备:准备实验所需的器材,包括弹性碰撞实验装置、电子计时器、质量测量仪等;2. 实验操作:将实验装置安装好,调整好实验参数,进行实验操作;3. 数据记录:在实验过程中,记录下实验数据,包括碰撞前后的速度、质量等;4. 数据处理:对实验数据进行处理,计算碰撞前后的动量和能量,分析实验结果。
五、实验结果与分析1. 动量守恒定律验证:通过实验数据计算,碰撞前后的总动量保持不变,验证了动量守恒定律的正确性;2. 能量守恒定律验证:通过实验数据计算,碰撞前后的总能量保持不变,验证了能量守恒定律的正确性;3. 实验误差分析:实验过程中,由于实验装置的精度限制、人为操作误差等因素,导致实验结果存在一定的误差。
为了减小误差,我们采取了以下措施:(1)使用高精度的实验装置;(2)提高实验操作技巧,减小人为误差;(3)多次重复实验,取平均值减小随机误差。
六、实验心得1. 通过本次实验,我深入了解了弹性碰撞的基本概念和特点,认识到动量守恒和能量守恒定律在弹性碰撞过程中的重要性;2. 实验过程中,我学会了使用实验装置,掌握了实验操作方法,提高了自己的实验操作能力;3. 在数据处理过程中,我学会了如何运用数学工具分析实验数据,提高了自己的数据处理能力;4. 本次实验让我明白了实验过程中严谨的态度和细致的操作对于实验结果的重要性;5. 通过实验,我认识到理论知识与实际操作相结合的重要性,为今后的学习和工作打下了坚实的基础。
碰撞与动量守恒实验报告(两篇)2024
引言概述:本实验报告旨在探讨碰撞与动量守恒原理,并通过实验验证该原理的有效性。
动量守恒是一个基本的物理原理,适用于各种物体的碰撞问题。
在实验中,我们将通过进行不同类型的碰撞实验来观察和分析碰撞前后物体的动量变化,并据此验证动量守恒原理。
正文内容:1. 碰撞类型及动量守恒原理1.1 弹性碰撞弹性碰撞是指两个物体在碰撞过程中动能和动量都得到守恒的碰撞类型。
在弹性碰撞中,碰撞物体之间相互作用力的大小和方向完全相反,并且动量总和在碰撞前后保持不变。
根据动量守恒原理,我们可以通过测量碰撞前后物体的速度和质量来计算和验证动量守恒。
1.2 非弹性碰撞非弹性碰撞是指两个物体在碰撞过程中不完全弹性恢复的碰撞类型。
在非弹性碰撞中,碰撞物体之间存在能量损失,并且在碰撞后分别以不同速度进行运动。
尽管动能不能守恒,但动量守恒仍然保持不变。
我们可以通过测量碰撞前后物体的速度和质量,以及所损失的能量来验证动量守恒。
2. 实验器材和步骤2.1 实验器材本实验所需的器材包括:弹性碰撞车、非弹性碰撞车、轨道、计时器、测量工具等。
2.2 实验步骤(1) 设置轨道和安装弹性碰撞车。
(2) 确保弹性碰撞车和非弹性碰撞车的初始位置和速度。
(3) 开始实验,并使用计时器记录碰撞前后物体的运动时间。
(4) 测量物体的质量,并记录实验数据。
(5) 重复实验,得出平均值并计算动量变化。
3. 实验结果和数据分析3.1 弹性碰撞实验结果我们进行了一系列弹性碰撞实验,并测量了碰撞前后物体的速度和质量。
通过计算动量的变化,我们发现动量在碰撞前后保持不变的结果与动量守恒原理相一致。
3.2 非弹性碰撞实验结果我们进行了一系列非弹性碰撞实验,并测量了碰撞前后物体的速度和质量。
通过计算动量的变化和能量损失,我们发现动量在碰撞前后仍然保持不变,验证了动量守恒原理的有效性。
4. 实验误差和改进4.1 实验误差来源实验误差主要来自于实验仪器的精确度、人为操作的不准确性以及环境因素的干扰等。
力学碰撞实验报告
一、实验目的1. 理解并验证动量守恒定律和能量守恒定律在碰撞过程中的应用。
2. 掌握使用气垫导轨和数字毫秒计进行实验操作的方法。
3. 学会处理实验数据,提高数据分析和处理能力。
二、实验原理1. 动量守恒定律:在一个系统内,如果没有外力作用,则该系统的总动量保持不变。
2. 能量守恒定律:在一个系统内,如果没有外力做功,则该系统的总机械能保持不变。
3. 碰撞类型:实验中涉及两种碰撞类型:弹性碰撞和非弹性碰撞。
三、实验仪器1. 气垫导轨:用于实现无摩擦运动,保证实验精度。
2. 数字毫秒计:用于测量碰撞前后滑块的运动时间。
3. 滑块:实验中使用的两个滑块,分别代表碰撞物体。
4. 天平:用于测量滑块的质量。
四、实验步骤1. 准备实验器材,将气垫导轨放置在平稳的实验台上。
2. 将滑块放置在气垫导轨的一端,调整滑块的位置,确保碰撞前两滑块处于静止状态。
3. 使用数字毫秒计测量滑块碰撞前的运动时间。
4. 放开滑块,让其在气垫导轨上运动,并记录碰撞后的运动时间。
5. 重复实验步骤,记录不同碰撞条件下滑块的运动时间。
6. 根据实验数据,分析动量守恒定律和能量守恒定律在碰撞过程中的应用。
五、实验数据1. 滑块1质量:m1 = 0.1 kg2. 滑块2质量:m2 = 0.2 kg3. 碰撞前滑块1运动时间:t1 = 0.1 s4. 碰撞后滑块1运动时间:t2 = 0.08 s5. 碰撞前滑块2运动时间:t3 = 0.1 s6. 碰撞后滑块2运动时间:t4 = 0.12 s六、数据处理与分析1. 计算碰撞前后滑块的速度:v1 = m1 (t2 - t1) / t1v2 = m2 (t4 - t3) / t32. 计算碰撞前后滑块的动量:p1 = m1 v1p2 = m2 v23. 计算碰撞前后系统的总动量:P1 = p1 + p2P2 = m1 v2 + m2 v14. 验证动量守恒定律:P1 = P25. 计算碰撞前后系统的总机械能:E1 = (1/2) m1 v1^2 + (1/2) m2 v2^2E2 = (1/2) m1 v2^2 + (1/2) m2 v1^26. 验证能量守恒定律:E1 = E2七、实验结论1. 通过实验验证了动量守恒定律和能量守恒定律在碰撞过程中的应用。
实验报告动量守恒
实验报告动量守恒实验报告:动量守恒引言:动量守恒是物理学中重要的基本原理之一。
它表明在一个封闭系统中,当没有外力作用时,系统的总动量保持不变。
本实验旨在通过一系列实验验证动量守恒定律,并探讨其应用。
实验一:弹性碰撞在实验室中,我们使用了两个小球进行弹性碰撞实验。
首先,将两个小球放在一条直线上,给其中一个小球以初速度,然后观察碰撞后两个小球的运动情况。
实验结果显示,碰撞后两个小球的速度发生了变化,但总动量保持不变。
这符合动量守恒定律的预期。
通过测量碰撞前后小球的质量和速度,我们可以计算出碰撞前后的动量,并验证动量守恒定律。
实验二:非弹性碰撞接下来,我们进行了非弹性碰撞实验。
同样地,将两个小球放在一条直线上,给其中一个小球以初速度,然后观察碰撞后两个小球的运动情况。
与弹性碰撞不同的是,非弹性碰撞中,两个小球在碰撞后会粘在一起,并以共同的速度继续运动。
同样地,我们测量了碰撞前后小球的质量和速度,并计算了碰撞前后的动量。
实验结果显示,碰撞后两个小球的总动量仍然保持不变。
虽然碰撞后小球的运动速度发生了变化,但总动量仍然守恒。
这再次验证了动量守恒定律在非弹性碰撞中的适用性。
实验三:动量守恒在实际生活中的应用动量守恒定律不仅仅在实验室中适用,它还可以在实际生活中找到许多应用。
例如,交通事故中的汽车碰撞,飞机着陆时的冲击,以及运动员跳水时的动作等等。
在交通事故中,当两辆车相撞时,它们的动量会发生改变。
根据动量守恒定律,我们可以通过测量事故前后车辆的质量和速度来推断事故发生时的速度。
这对于事故的调查和分析非常重要。
另一个例子是飞机着陆时的冲击。
当飞机着陆时,它的动量会迅速减小,而动量守恒定律告诉我们,这个减小的动量必须通过其他途径得到补偿,例如飞机的减速装置和地面的反作用力。
这有助于我们理解飞机着陆时的物理过程。
结论:通过以上实验和应用的讨论,我们可以得出结论:动量守恒定律是一个普遍适用的物理原理,在许多实验和现实生活中都得到了验证。
碰撞动量守恒实验报告
.大学物理仿真实验——碰撞与动量守恒实验报告教育资料..一、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顿定律导出来的,在现代物理学所研究的领域中存在很多牛顿定律不适用的情况,例如高速运动物体或微观领域中粒子的运动规律和相互作用等,但是能量守恒定律仍然有效。
因此,能量守恒定律成为了比牛顿定律更为普遍适用的定律。
本实验的目的是利用气垫导轨研究一维碰撞的三种情况,验证动量守恒和能量守恒定律。
定量研究动量损失和能量损失在工程技术中有重要意义。
同时通过实验还可提高误差分析的能力。
二、实验内容:.研究三种碰撞状态下的守恒定律1(1)取两滑块m、m,且m>m,用物理天平称m、m的质量(包括挡光片)。
212211将两滑块分别装上弹簧钢圈,滑块m置于两光电门之间(两光电门距离不可太远),2使其静止,用m碰m,分别记下m通过第一个光电门的时间Δt和经过第二个光电10112教育资料..门的时间Δt,以及m通过第二个光电门的时间Δt,重复五次,记录所测数据,数据212。
表格自拟,计算、)分别在两滑块上换上尼龙搭扣,重复上述测量和计算。
(2)分别在两滑块上换上金属碰撞器,重复上述测量和计算。
(3.验证机械能守恒定律2(1)a=0时,测量m、m'、m、s、v、v,计算势能增量mgs和动能增量e21,重复五次测量,数据表格自拟。
(2)时,(即将导轨一端垫起一固定高度h,),重复以上测量。
三、实验原理:如果一个力学系统所受合外力为零或在某方向上的合外力为零,则该力学系统总动量守恒或在某方向上守恒,即)( 1实验中用两个质量分别为m、m的滑块来碰撞(图4.1.2-1),若忽略气流阻力,21根据动量守恒有)2 (教育资料..对于完全弹性碰撞,要求两个滑行器的碰撞面有用弹性良好的弹簧组成的缓冲器,我们可用钢圈作完全弹性碰撞器;对于完全非弹性碰撞,碰撞面可用尼龙搭扣、橡皮泥或油灰;一般非弹性碰撞用一般金属如合金、铁等,无论哪种碰撞面,必须保证是对心碰撞。
碰撞和动量守恒实验报告 PDF
碰撞和动量守恒实验报告 PDF本次实验是通过实验验证碰撞和动量守恒定律理论的正确性。
实验中需要用到的仪器有单轨小车、小车簧秤、撞板、采集器、数据线和电脑等。
实验步骤如下:1、调试仪器:将采集器连接到电脑上,并开启采集软件,然后将单轨小车放置在轨道上,并使用簧秤将小车固定在轨道上。
将撞板放置在轨道的末端,确保其平行于轨道。
最后调整小车的位置,让小车与采集器能够正常连接,能够获取到小车运动的数据;2、测量碰撞前的数据:将小车用手推动,让其运动到轨道的末端,记录小车的质量、初速度以及撞板的质量;3、进行碰撞实验:将小车放在轨道的起始点,启动采集软件,并让小车从轨道的起始点运动到撞板上,此时记录小车碰撞后的速度和撞板的速度;4、分析数据:根据动量守恒定律和碰撞动量定理,计算碰撞前和碰撞后小车和撞板的动量值,并进行比较,验证动量守恒定律是否成立。
碰撞前:小车质量为m1=0.2kg,初速度为v1=0.7m/s;撞板的质量为m2=1.0kg;根据动量守恒定律可知:碰撞前的动量等于碰撞后的动量,即m1v1=m1v1'+m2v2'。
其中,m1v1表示碰撞前小车的动量,m1v1'表示碰撞后小车的动量,m2v2'表示碰撞后撞板的动量。
将实验数据代入公式中,可得:0.2×0.7=0.2×0.38+1.0×0.28可知两边的数值相等,因此验证了动量守恒定律的成立。
同时,根据碰撞动量定理,碰撞前和碰撞后的总动量分别为0.14kg·m/s和0.14kg·m/s,验证了这个物理规律的正确性。
总之,通过本次实验,我们深入了解了碰撞和动量守恒定律的物理规律,同时掌握了用实验验证理论原理的方法,这对于我们的学习和科研工作都有很大的帮助。
动量守恒定律实验报告
动量守恒定律实验报告动量守恒定律实验报告引言:动量守恒定律是力学中的基本定律之一,它描述了一个封闭系统中动量的守恒性质。
在这个实验中,我们将通过一系列的实验来验证动量守恒定律,并探讨其在不同情况下的应用。
实验一:弹性碰撞我们首先进行了一组弹性碰撞实验。
实验装置包括两个小球,一个称为A,另一个称为B。
我们将A球放在静止的状态,然后用一个弹簧装置将B球以一定速度撞向A球。
实验过程中,我们使用了两个光电门来测量小球的速度。
实验结果显示,当B球撞向A球时,A球受到了一个向后的冲力,而B球则受到了一个向前的冲力。
通过测量小球的速度,我们发现在碰撞前后,小球的总动量保持不变。
这验证了动量守恒定律在弹性碰撞中的应用。
实验二:非弹性碰撞接下来,我们进行了一组非弹性碰撞实验。
与之前的实验相比,我们在A球和B球之间加入了一个黏合剂,使得它们在碰撞后粘在一起。
同样地,我们使用了光电门来测量小球的速度。
实验结果显示,在非弹性碰撞中,碰撞后小球的总动量同样保持不变。
然而,与弹性碰撞不同的是,碰撞后小球的速度发生了改变。
这是因为碰撞过程中部分动能被转化为内能,从而导致了速度的变化。
尽管如此,动量守恒定律仍然成立。
实验三:炮弹射击在最后一组实验中,我们模拟了一个炮弹射击的情景。
实验装置包括一个发射器和一个靶子。
我们使用了一个测力计来测量发射器在射击过程中所受到的力,并使用高速摄像机记录了炮弹的运动轨迹。
实验结果显示,炮弹在发射过程中受到的冲量与发射器所受到的冲量大小相等,方向相反。
这符合动量守恒定律中的冲量定理。
此外,我们还发现,炮弹在空中的运动轨迹可以通过动量守恒定律来解释和预测。
结论:通过以上实验,我们验证了动量守恒定律在不同情况下的应用。
无论是弹性碰撞、非弹性碰撞还是炮弹射击,动量守恒定律都能够准确地描述物体的运动。
这表明动量守恒定律在力学中的重要性和普适性。
动量守恒定律的应用不仅仅局限于实验室,它在日常生活中也有着广泛的应用。
碰撞与动量守恒实验报告(二)2024
碰撞与动量守恒实验报告(二)引言概述:本实验旨在通过进行碰撞实验,验证动量守恒定律,并探讨不同碰撞情况下动量守恒的表现形式。
在实验过程中,我们使用了一套完备的实验装置,对不同质量和速度的物体进行了多组碰撞实验,并记录了实验数据进行分析。
通过本次实验,我们将对碰撞与动量守恒的关系有更深刻的理解。
正文:一、弹性碰撞实验1. 确定实验装置安装位置和放置物体的位置。
2. 设定首发物体的质量和速度,并记录。
3. 发射物体与静止物体碰撞后的运动情况的观察和记录。
4. 根据观察到的碰撞结果,计算碰撞前后物体的动量,并验证动量守恒定律。
5. 通过多次实验数据的统计和分析,总结弹性碰撞时的动量守恒规律。
二、非弹性碰撞实验1. 改变实验装置中的物体质量和速度,设定非弹性碰撞实验的条件。
2. 发射物体与静止物体碰撞后的运动情况的观察和记录。
3. 根据观察到的碰撞结果,计算碰撞前后物体的动量,并验证动量守恒定律。
4. 比较非弹性碰撞与弹性碰撞的差异,并分析其原因。
5. 综合实验结果,总结非弹性碰撞时的动量守恒规律。
三、完全非弹性碰撞实验1. 调整实验装置,使碰撞后物体粘连在一起。
2. 发射物体与静止物体碰撞后的运动情况的观察和记录。
3. 根据观察到的碰撞结果,计算碰撞前后物体的动量,并验证动量守恒定律是否仍然成立。
4. 分析完全非弹性碰撞的特点,并与之前实验结果进行对比。
5. 探讨动量守恒定律在完全非弹性碰撞中的适用性。
四、角动量守恒实验1. 修改实验装置,增加旋转物体的部分。
2. 设定旋转物体的质量、速度和转动惯量,并记录。
3. 进行旋转物体与发射物体碰撞的实验。
4. 观察碰撞后的运动情况,记录旋转物体的角速度变化。
5. 分析碰撞实验结果,验证角动量守恒定律。
五、实验总结通过以上实验,我们验证了碰撞与动量守恒的关系,并研究了不同碰撞情况下动量守恒的表现形式。
弹性碰撞和非弹性碰撞中,动量守恒定律成立。
而在完全非弹性碰撞中,由于物体粘连,动量守恒定律仍然成立。
碰撞动量守恒实验报告
碰撞动量守恒实验报告实验目的研究碰撞过程中动量守恒的现象,验证碰撞动量守恒的实验原理和公式。
实验器材- 碰撞小车(两个)- 正交几何轨道- 弹簧加速器- 弹簧开关- 电台计时器- 超声波检测器- 电子天平- 实验记录表实验步骤1. 将实验器材摆放妥当,确保轨道平整且正交。
2. 首先测量并记录下两辆碰撞小车的质量,使用电子天平进行准确测量。
3. 将一辆小车放在起点,并控制弹簧系统,在一定时间内给予小车一定的动量。
4. 启动计时器,并记录小车在一段距离上运动的时间。
5. 在碰撞后,使用超声波检测器测量小车运动速度,记录数据。
6. 重复以上步骤3至步骤5,改变碰撞小车的质量和初始动量,进行多组实验。
数据记录实验次数小车质量(kg)初始动量(kg·m/s)初始速度(m/s)碰撞后速度(m/s)1 0.2 0.4 2.0 1.02 0.1 0.3 3.0 1.53 0.3 0.2 1.5 0.54 0.4 0.5 1.2 0.7 数据处理1. 计算每组实验前后小车的动量分别是多少,计算公式为:动量= 质量×速度初始动量= 初始质量×初始速度碰撞后动量= 碰撞后质量×碰撞后速度2. 碰撞前后动量的变化分别是多少,计算公式为:变化动量= 初始动量- 碰撞后动量实验结果实验次数初始动量(kg·m/s)碰撞后动量(kg·m/s)动量变化(kg·m/s)1 0.08 0.05 0.032 0.03 0.015 0.0153 0.06 0.15 -0.094 0.06 0.035 0.025数据分析根据实验结果,我们可以得出以下结论:1. 在实验一中,动量守恒定律成立,碰撞前后的动量变化非常接近。
2. 在实验二和实验四中,动量守恒定律对于不同质量的小车也成立,碰撞前后动量变化依然较小。
结论通过实验可得出结论:碰撞过程中动量守恒成立,碰撞前后动量的变化很小。
碰撞实验报告
碰撞实验报告一、实验目的本次碰撞实验的主要目的是研究不同物体在碰撞过程中的力学行为和能量转化,以深入理解碰撞现象的本质,并为相关工程设计和安全评估提供可靠的数据支持。
二、实验原理碰撞是指两个或多个物体在极短时间内相互作用,并产生显著的力和能量交换的过程。
在理想情况下,碰撞过程遵循动量守恒定律和能量守恒定律。
动量守恒定律指出,在一个封闭系统中,碰撞前后系统的总动量保持不变。
即:$m_1v_1 + m_2v_2 = m_1v_1' + m_2v_2'$,其中$m_1$、$m_2$分别为两个物体的质量,$v_1$、$v_2$为碰撞前的速度,$v_1'$、$v_2'$为碰撞后的速度。
能量守恒定律表明,碰撞前后系统的总能量保持不变。
但在实际碰撞中,由于存在摩擦和变形等因素,部分机械能会转化为内能等其他形式的能量。
三、实验设备1、碰撞实验台:包括轨道、滑块、弹射装置等。
2、高速摄像机:用于记录碰撞过程的细节。
3、传感器:测量碰撞过程中的力、速度等物理量。
4、数据采集系统:将传感器采集到的数据进行处理和存储。
四、实验步骤1、设备准备检查碰撞实验台的各部件是否正常,确保轨道光滑无阻碍,滑块运动灵活。
调试高速摄像机和传感器,使其能够准确记录和测量碰撞过程中的相关数据。
连接数据采集系统,设置采集参数和频率。
2、实验参数设置选择不同质量的滑块,分别标记为 A 和 B。
设定滑块 A 的初始速度$v_1$,通过弹射装置实现。
调整滑块 B 的初始位置和状态,使其能够与滑块 A 发生正碰。
3、进行碰撞实验启动弹射装置,使滑块 A 以预定速度沿着轨道运动,与静止的滑块 B 发生碰撞。
高速摄像机和传感器同步工作,记录碰撞过程中的图像和数据。
4、数据采集与处理碰撞结束后,通过数据采集系统获取传感器测量的力、速度等数据。
使用相关软件对高速摄像机拍摄的图像进行分析,获取碰撞过程中的位移、时间等信息。
5、重复实验改变实验参数,如滑块的质量、初始速度等,重复上述实验步骤,以获取多组数据。
大学物理碰撞实验实验报告
大学物理碰撞实验实验报告一、实验目的1、研究完全弹性碰撞、完全非弹性碰撞和非完全弹性碰撞三种碰撞类型的特点。
2、验证动量守恒定律和机械能守恒定律在碰撞过程中的适用性。
3、掌握测量碰撞前后物体速度的实验方法。
4、培养学生的实验操作能力、数据处理能力和分析问题的能力。
二、实验原理1、动量守恒定律在一个孤立系统中,系统的总动量在碰撞前后保持不变。
即:$m_1v_{1i} + m_2v_{2i} = m_1v_{1f} + m_2v_{2f}$,其中$m_1$、$m_2$ 分别为两碰撞物体的质量,$v_{1i}$、$v_{2i}$为碰撞前两物体的速度,$v_{1f}$、$v_{2f}$为碰撞后两物体的速度。
2、机械能守恒定律在完全弹性碰撞中,系统的机械能守恒,即碰撞前后系统的动能不变:$\frac{1}{2}m_1v_{1i}^2 +\frac{1}{2}m_2v_{2i}^2 =\frac{1}{2}m_1v_{1f}^2 +\frac{1}{2}m_2v_{2f}^2$ 。
在完全非弹性碰撞中,两物体碰撞后粘在一起,动能损失最大。
在非完全弹性碰撞中,系统的动能有损失,但动量守恒。
3、速度的测量通过气垫导轨和光电门来测量物体的速度。
当物体通过光电门时,挡光时间$\Delta t$和遮光片宽度$d$已知,速度$v =\frac{d}{\Delta t}$。
三、实验仪器气垫导轨、光电门、滑块、砝码、数字毫秒计、天平。
四、实验步骤1、调节气垫导轨水平(1)打开气源,将气垫导轨通气。
(2)把一个滑块放在气垫导轨上,轻轻推动滑块,观察其运动情况。
若滑块能在导轨上近似匀速运动,则导轨水平调节完毕;若滑块做加速或减速运动,则需要调节导轨的地脚螺丝,直至滑块能近似匀速运动。
2、测量滑块质量用天平分别测量两个滑块的质量$m_1$和$m_2$,并记录。
3、完全弹性碰撞实验(1)在两个滑块上分别安装遮光片,使遮光片通过光电门的有效宽度相同。
大学物理仿真实验报告——碰撞与动量守恒
大学物理仿真实验报告——碰撞与动量守恒LELE was finally revised on the morning of December 16, 2020大学物理仿真实验实验报告碰撞和动量守恒班级:信息1401 姓名:龚顺学号: 0127【实验目的】:1 了解气垫导轨的原理,会使用气垫导轨和数字毫秒计进行试验。
2 进一步加深对动量守恒定律的理解,理解动能守恒和动量守恒的守恒条件。
【实验原理】当一个系统所受和外力为零时,系统的总动量守恒,即有若参加对心碰撞的两个物体的质量分别为m1和m2 ,碰撞前后的速度分别为V10、V20和V1 、V2。
1,完全弹性碰撞在完全弹性碰撞中,动量和能量均守恒,故有:取V20=0,联立以上两式有:动量损失率:动能损失率:2,完全非弹性碰撞碰撞后两物体粘在一起,具有相同的速度,即有:仍然取V20=0,则有:动能损失率:动量损失率:3,一般非弹性碰撞中一般非弹性碰撞中,两物体在碰撞后,系统有部分动能损失,定义恢复系数:两物体碰撞后的分离速度比两物体碰撞前的接近速度即恢复系数。
当V20=0时有:e的大小取决于碰撞物体的材料,其值在0~1之间。
它的大小决定了动能损失的大小。
当e=1时,为完全弹性碰撞;e=0时,为完全非弹性碰撞;0<e<1时,为一般非弹性碰撞。
动量损失:动能损失:【实验仪器】本实验主要仪器有气轨、气源、滑块、挡光片、光电门、游标卡尺、米尺和光电计时装置等【实验内容】一、气垫导轨调平及数字毫秒计的使用1、气垫导轨调平打开气源,放上滑块,观察滑块与轨面两侧的间隙纵向水平调节双支脚螺丝,横向水平调节单支脚,直到滑块在任何位置均保持不动,或做极缓慢的来回滑动为止。
动态法调平,滑块上装挡光片,使滑块以缓慢速度先后通过两个相距60cm的光电门,如果滑块通过两光电门的时间差小于1ms,便可认为轨道已经调平。
本实验采用动态调节。
2、数字毫秒计的使用使用U型挡光片,计算方式选择B档。
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大学物理仿真实验
——碰撞与动量守恒
实
验
报
告
一、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顿定律导出来的,在现代物理学所研究的领域中存在很多牛顿定律不适用的情况,例如高速运动物体或微观领域中粒子的运动规律和相互作用等,但是能量守恒定律仍然有效。
因此,能量守恒定律成为了比牛顿定律更为普遍适用的定律。
本实验的目的是利用气垫导轨研究一维碰撞的三种情况,验证动量守恒和能量守恒定律。
定量研究动量损失和能量损失在工程技术中有重要意义。
同时通过实验还可提高误差分析的能力。
二、实验容:
1.研究三种碰撞状态下的守恒定律
(1)取两滑块m1、m2,且m1>m2,用物理天平称m1、m2的质量(包括挡光片)。
将两滑块分别装上弹簧钢圈,滑块m2置于两光电门之间(两光电门距离不可太远),使其静止,用m1碰m2,分别记下m1通过第一个光电门的时间Δt10和经过第二个光电门的时间Δt1,以及m2通过第二个光电门的时间Δt2,重复五次,记录所测数据,数据表格自
拟,计算、。
(2)分别在两滑块上换上尼龙搭扣,重复上述测量和计算。
(3)分别在两滑块上换上金属碰撞器,重复上述测量和计算。
2.验证机械能守恒定律
(1)a=0时,测量m、m’、m e、s、v1、v2,计算势能增量mgs和动能增量
,重复五次测量,数据表格自拟。
(2)时,(即将导轨一端垫起一固定高度h,),重复以上测量。
三、实验原理:
如果一个力学系统所受合外力为零或在某方向上的合外力为零,则该力学系统总动量守恒或在某方向上守恒,即
(1)
实验中用两个质量分别为m1、m2的滑块来碰撞(图4.1.2-1),若忽略气流阻力,根据动量守恒有
(2)
对于完全弹性碰撞,要求两个滑行器的碰撞面有用弹性良好的弹簧组成的缓冲器,我们可用钢圈作完全弹性碰撞器;对于完全非弹性碰撞,碰撞面可用尼龙搭扣、橡皮泥或油灰;一般非弹性碰撞用一般金属如合金、铁等,无论哪种碰撞面,必须保证是对心碰撞。
当两滑块在水平的导轨上作对心碰撞时,忽略气流阻力,且不受他任何水平方向外力的影响,因此这两个滑块组成的力学系统在水平方向动量守恒。
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则取正号,反之,则取负号。
1.完全弹性碰撞
完全弹性碰撞的标志是碰撞前后动量守恒,动能也守恒,即
(3)
(4)
由(3)、(4)两式可解得碰撞后的速度为
(5)
(6)
如果v20=0,则有
(7)
(8)
动量损失率为
(9)
能量损失率为
(10)
理论上,动量损失和能量损失都为零,但在实验中,由于空气阻力和气垫导轨本身的原因,不可能完全为零,但在一定误差围可认为是守恒的。
2.完全非弹性碰撞
碰撞后,二滑块粘在一起以10同一速度运动,即为完全非弹性碰撞。
在完全非弹性碰撞中,系统动量守恒,动能不守恒。
(11)
在实验中,让v20=0,则有
(12)
(13)
动量损失率
(14)动能损失率
(15)
3.一般非弹性碰撞
一般情况下,碰撞后,一部分机械能将转变为其他形式的能量,机械能守恒在此情况已不适用。
牛顿总结实验结果并提出碰撞定律:碰撞后两物体的分离速度与碰撞前两物体的接近速度成正比,比值称为恢复系数,即
(16)
恢复系数e由碰撞物体的质料决定。
E值由实验测定,一般情况下0<e<1,当e=1时,为完全弹性碰撞;e=0时,为完全非弹性碰撞。
4.验证机械能守恒定律
如果一个力学系统只有保守力做功,其他力和一切外力都不作功,则系统机械能守恒。
如图4.1.2-2所示,将气垫导轨一端加一垫块,使导轨与水平面成α角,把质量为m的砝码用细绳通过滑轮与质量m’的滑块相连,滑轮的等效质量为m e,根据机械能守恒定律,有
(17)
式中s为砝码m下落的距离,v1和v2分别为滑块通过s距离的始末速度。
如果将导轨调成水平,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,如空气阻力和滑轮的摩擦力等作功,使机械能有损失,但在一定误差围可认为机械能是守恒的。
四、实验仪器及使用方法:
1、气垫导轨装置:
主要由气轨、气源、滑块、挡光片、光电门、游标卡尺、米尺和光电计时装置等。
运用本实验仪器可做多种实验,比如平均速度和瞬时速度、匀速直线运动的研究、牛顿第二定律的验证、完全非弹性碰撞、非完全弹性碰撞、重力势能与平动动能等。
气垫导轨是以空气作为润滑剂,近似无摩擦的力学实验装置。
导轨由优质三角铝合金管制成,长约 2m,斜面宽度约7cm,管腔约18.25cm,一端密封,一端通入压缩空气。
铝管向上的两个外表面钻有许多喷气小孔,压缩空气进入管腔后,从小孔喷出。
导轨的一端装有滑轮,导轨的二端装有缓冲弹簧,整个导轨安装在工字梁上,梁下有三个支脚,调节支脚螺丝使气垫保持水平。
2、滑块和挡光片:
滑块采用特制的带有五条细螺纹槽的人字型铝合金,便于安装各种附件,下表面与气轨相吻合,碰撞中心在质心平面。
挡光片的结构分长方型和U型两种。
3、滑块的接触面:
不同的接触面导致不同的碰撞效果。
4、光电门:
光电计时系统由光电门和数字毫秒计或电脑计时器构成。
光电门安装在气轨上,时间由数字毫秒计或电脑计时器测量。
5、电脑计时器
6、气源:
气源是向气垫导轨管腔输送压缩空气的设备。
要求气源有气流量大、供气稳定、噪音小、能连续工作的特点,一般实验室采用小型气源,气垫导轨的进气口用橡皮管和气源相连,进入导轨的压缩空气,由导轨表面上的小孔喷出,从而托浮起滑块,托起的高度一般在 0.1mm以上。
五、实验数据记录与处理:
1、完全弹性碰撞:
2、一般弹性碰撞:
3、完全非弹性碰撞:
六、实验结果及误差分析:
结果:
在误差允许围,三种碰撞基本符合动量守恒规律。
E值在实验测定,当e=1时,为完全弹性碰撞;e=0时,为完全非弹性碰撞,0<e<1时,为一般弹性碰撞
误差分析:
1、实验中,物块在滑动时,受到一些摩擦力,产生实验误差。
2、另外可能气垫导轨未真正调平,使一部分重力做功,影响了实验的准确性。
3、实验仪器的精确度未达到要求。
七、思考题:
1、碰撞前后系统总动量不相等,试分析其原因。
答:因为实验中,物块在滑动时,受到一些摩擦力,产生实验误差,另外可能气垫导轨未真正调平,使一部分重力做功,影响了实验的准确性,导致了系统总动量不守恒。
2、恢复系数e的大小取决于哪些因素?
答:取决于碰撞接触面的特性,碰撞物体的质料。
3、你还能想出验证机械能守恒的其他方法吗?
答:由一个1/4半径为R圆弧形轨道和直线型轨道光滑连接起来,要求轨道近似光滑,另一小球在圆弧形轨道上最高点紧贴壁自由下落,在直线型轨道上放置两个光电门,根据时间差和路程测得速度v。
圆弧形轨道,代入公式计算并比较重力势能减少量mgh与动能增加量1/2mv^2。