碰撞试验报告.doc

地空学院 陈剑雄 P一实验名称：碰撞过程中守恒定律的研究 二实验目的：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。 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，若忽略气流阻力，根据动量守恒有 （2） 对于完全弹性碰撞，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；一般非弹性碰撞用一般金属，无论哪种碰撞面，必须保证是对心碰撞。 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） 如果v20=0，则有 （5） （6） 动量损失率为 （7） 能量损失率为 （8） 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，但在一定误差范围内可认为是守恒的。 完全非弹性碰撞 碰撞后，二滑块粘在一起以同一速度运动，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。 （9） 在实验中，让v20=0，则有 （10） （11） 动量损失率 （12） 动能损失率 （13） 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0e1，当e=1时，为完全弹性碰撞；e=0时，为完全非弹性碰撞。 四实验内容： 研究三种碰撞状态下的守恒定律：取两滑块m1、m2，将两滑块分别装上弹簧钢圈（尼龙搭扣，金属片），称m1、m2的质量（包括挡光片）。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，计算、、e。 挡光片挡光距离数据测量如下：（以下三组试验用的均为这个数据） 小物块上挡光片：5.004cm 大物块上挡光片：5.004cm （1）完全弹性碰撞： 两个滑块的质量的测量数据如下： M1=328.7g M2=180.0g 挡光时间测量数据如下： 1 2 3 4 5 P11(t10) 137.45 102.39 175.56 87.68 120.55 P21(t21) 107.89 80.20 136.05 68.42 93.86 P22(t11) 371.35 309.74 467.04 273.08 334.01 由公式： 可以计算出实验得出的该三个量为： 1 2 3 4 5 dp/p 0.067 0.029 0.082 0.022 0.064 dE/E 0.064 0.037 0.057 0.027 0.052 e 0.9038 0.9461 0.9145 0.9604 0.9234 理论上，对于完全弹性碰撞，有： Dp/p=0； DE/E=0； e=1 （2）完全非弹性碰撞： 两个滑块的质量的测量数据如下 M1=323.2g