碰撞打靶实验报告

篇一：大学物理碰撞打靶实验报告

碰撞打靶实验

物体间的碰撞是自然界中普遍存在的的现象，从宏观物体的一体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，并提高分析问题、解决问题的能力。一．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，物体所作的运动称平抛运动，运动学方程为x?v0t，y?12gt（式t中是从抛出开始计算的时2 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?ep?mgh

5. 质量为m的物体以速度v运动时，其动能为ek?12mv 2

6. 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）。二．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。图1 碰撞打靶实验仪

升降架上装有可上下升降的磁场方向与杆平行的电磁铁，杆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。由于事先二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内。

小球质量可用电子天平称衡。

三．实验内容

（一）必做内容：

1. 调整导轨水平，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球相同）的质量ｍ，并以此也作为撞击球的质量。

3. 根据靶心的位置，测出ｘ，估计被撞球的高度ｙ，并据此算出撞击球的高度ｈ0（预习时应自行推导出由ｘ和ｙ计算高度ｈ0的公式）

4. 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。

5. 把撞击球吸在磁铁下，调节升降架使它的高度为ｈ0，细绳拉直。

6. 让撞击球撞击被撞球，记下被撞球击中靶纸的位置x。（可撞击多次求平均），据此计

算碰撞前后总的能量损失为多少？应对撞击球的高度作怎样的调整，才可使击中靶心？（预习时应自行推导出由x和y，及计算高度差h-h0=?h的公式）

7. 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；被撞球击中靶纸的位置后记下此 h 值。

8. 观察二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）选做内容：

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，或重新调节细绳）

四．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/m2的关系。

7. 本实验中，球体不用金属，用石蜡或软木可以吗？为什么？

实验原理：（要求同学们能够自己推导有关计算公式，自行设计并画出实验原理图）以下仅为参考：

1．撞击球下摆至最低点过程，机械能守恒：

（1）

2．撞击球与被撞球发生完全弹性碰撞（正碰），动量守恒：，（2）

3．被撞球以初始速率

做平抛运动：

(3)

（1）、（2）、（3）式得：

式中，为靶心位置，（4）为撞击球与被撞球高度差的理论值。为被撞球的高度，

当被撞球的高度为为

由此得碰撞系统在整个运动过程的能量损失应为

，，撞击球与被撞球高度差的理论值为时，被撞球实际击中靶纸的位置由此，若使被撞球击中靶心，撞击球的初始高度应调高至

，即使得

，

篇二：碰撞打靶实验报告

碰撞打靶实验报告

碰撞打靶实验仪。

被撞球3个（铁球，铜球，铝球，其中铁球和撞击球质量相等）。

实验目的、意义和要求

目的:了解自然界中物体的碰撞现象。

意义:利用碰撞前的单摆运动以及碰撞后的平抛运动利用已学到的力学定律去解决打靶的实验问题。

要求:

预习实验原理的各个力学规律。

了解整个实验的过程，即从理论值到实际值的过程。

实验前应回答的问题

实验仪底盘为什么要调水平。

由x和y推导出时h0的表达式。

由x,和y计算高度差的公式,进而推导出体系在整个过程中的能量损失δe。实验内容

完成实验室给出的数据表格。

选做实验——从剩余的两个小球中任选一个(建议做铝球)完成实验。

实验目的：比较被撞球的质量发生变化，或者质量和体积都发生变化时，体系的能量损失会有怎样的变化。

实验报告要求

计算碰撞前后的总能量损失δe。

回答课本p31,p32思考题。

实验现象记录分析，实验感想体会和建议。

参考书籍与材料

相关表格下载

碰撞打靶—表格仅供参考，数据要求记录在报告纸上。

建议问题

老师，碰撞打靶实验最后计算出来能量损耗值，是否还要计算不确定度？如果钢尺和游标卡尺上没有标明“最大误差”或“不确定度限值”，要怎么计算测量长度的不确定度？

本实验没要求计算不确定度，因此没有给出不确定度限值。—高渊2009/10/1909:17

老师，如果x值选择较小，是否会使能量损失百分比增大？

是在具体操作中出现这个疑问吗?如果不是,建议来实验室做一下,看看损失百分比是否增大.—高渊2010/04/1511:12

老师，我觉得测量x的值时是不是可以多打几个点，比如说10个点，由于这些点一般比较密集，所以可以较容易找到这些点的中心，这样就只需要测一次x的值就可以了，然而取三个点然后取平均值的方法个人觉得有些随意，一是取三个点样本太少，可能不具有代表性，二是这三个点每次单独测x时的随意性较大，人为的误差较大，所以我觉得这个方法略有不妥。另外在算撞击球的h时，是不是应该加上0.5d，毕竟在算平抛运动速度时，不需要加0.5d，但是在算h时，就不能不加了，否则h就少了0.5d，误差较大吧？–张子恒

老师，我有一个问题想请教你。因为有一些公式所以不知道怎么上传。请问一下老师的电子邮箱

同学，这个网站首页的通讯录一栏里能找到所有教师和助教的邮箱。—乐永康2012/03/0722:23

书上实验内容必做内容第三步说根据x来估计y值，怎么估计啊？x=vt;y=1/2gt^2,怎么根据x来估计y啊？难道测时间t吗？那这样也太不准了吧，相差一秒就相差5米啊？不懂啊，求指教。。。。。

估计嘛，本就没要求必须达到何种精确程度。一秒很长了，你拿个秒表掐绝对不会有那么大误差的。—高渊2012/05/0717:21

老师好，我想问的也是第5个同学的问题，希望老师能够解答的再详细一点，谢谢。就是实验仪器中并没有给出秒表，所以无法测时间，但是老师回答的是用秒表掐时间，如果说可以用秒表的话，那么第三步测x就没有什么意义了，究竟如何才能根据x测出y？真的不懂，希望老师能指教！再次感谢！—黄禹铭2012/10/2809:13

首先问题的顺序理了一下，上面的问题按时间顺序应该是第五个；至于书上说的估计，由于靶纸能放的x范围有限，y值也就是被撞球的高度调节范围也很有限，一般可以试打几次即可，知道x和y大概取什么数值即可，而不是用x测出y，本实验中x和y都是初始条件；