柴姝奇大学物理仿真实验.doc

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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

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