柴姝奇大学物理仿真实验.doc

西安交通大学实验报告 西安交通大学 大学物理仿真实验报告 班级：信息04 学号姓名：柴姝奇 实验名称 碰撞过程中守恒定律的研究 共 5 页 系 别_________电信学院__________ 实 验 日 期２０１1年５月１3日 专业班级____信息04_____________实 验 报 告 日 期２０１1年５月13日 姓 名__柴姝奇_______学号 报 告 退 发 ( 订正 、 重做 ) 教 师 审 批 签 字 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、实验目的 １．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； ２．通过实验提高误差分析的能力。 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，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，其方向由正负号决定，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:　　　　　（9） 能量损失率:　　（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，但在一定误差范围内可认为是守恒的。 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、实验仪器 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。 五、实验内容 １．气垫导轨调平 ２．研究三种碰撞状态下的守恒定律 （1）取两滑块ｍ１、ｍ２，且ｍ１ｍ２，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。 六、数据记录与处理 ?（1）完全弹性碰撞的情况 ? （2）一般非完全弹性碰撞 ?（3）完全非弹性碰撞 七、实验总结 在完全弹性碰撞中，系统总动量、总动能前后守恒，相差在允许的范围内；在完全非弹性碰撞中，系统动量守恒，但动能不守恒；在一般弹性碰撞中，动能不守恒。 八、思考题 １．碰撞前后系统总动量不相等，试分析其原因。 答：导致碰撞前后系统总动量不相等原