大学物理仿真实验报告——碰撞与动量守恒.pdf

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 1 2 10 20 1 若参加对心碰撞的两个物体的质量分别为 m 和 m ，碰撞前后的速度分别为 V 、V 和 V 、 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： 20 仍然取 V =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： 20 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 V =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； 0e1 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。 二 滑块上分别装上弹簧圈碰撞器。将小滑块 m2 置于两个相距 40cm 的光电门之间，使 其静止，使大滑块 m1 以速度 V10 去碰撞 m2 ，从计时器上读出碰撞前后通过 S 距离所用的 时间 t 10 ，t 1，t 2. 记录数据。 二、重复 5 次测量，计算动量和动能损失。损失率小于 5%即可认为是动量守恒的。 三、将两个钢圈换成两个尼龙搭扣，重复上述实验。 四、 将尼龙搭扣换成非弹性碰撞器，重复上述实验。 【数据处理】 一、完全弹性碰撞实验数据 二 一般非弹性碰撞实验数据 三 完全非弹性碰撞实验数据 【实验结论】 1 完全弹性碰撞 由实验数据可知， 在完全弹性碰撞下系统内无机械能的损失， 只产生机械能的转移， 系统动 量和机械能同时守恒。 2 一般非弹性碰撞 由实验数据知， 在非弹性力的作用下， 系统的一部分机械能转化为物体的内能机械能存在损 失，机械能不守恒。但在允许误差范围内动量守恒。 3 完全非弹性碰撞 由实验数据可知， 当相互作用力是完全非弹性力， 此时机械能向内能的转化最大， 机械能的 损失最大，机械能不守恒，但此过程中动量守恒。 【思考题】 1、碰撞前后系统总动量不相等，试分析其原因。 答：粘滞阻力，阻尼系数大小，系统恢复速度，气流速度，系统负载大小，都会影响实 验结果。 2、恢复系数 e