大学物理实验教案-验证动量守恒定律.doc

实验名称： 验证动量守恒定律 实验目的： 1．观察弹性碰撞和完全非弹性碰撞现象。 2．验证碰撞过程中动量守恒和机械能守恒定律。 实验仪器： 气垫导轨（L-QG-T-1500/5.8） 滑块 电脑通用计数器（MUJ-ⅡB） 电子天平 游标卡尺 气源 尼龙粘胶带 实验原理： 当两滑块在水平的导轨上沿直线作对心碰撞时，若略去滑块运动过程中受到的粘滞性阻力和空气阻力，则两滑块在水平方向除受到碰撞时彼此相互作用的内力外，不受其它外力作用。故根据动量守恒定律，两滑块的总动量在碰撞前后保持不变。 设如图12-1所示，滑块1和2的质量分别为和，碰撞前二滑块的速度分别为和，碰撞后的速度分别为和，则根据动量守恒定律有： (12-1) 若写成标量形式为： (12-2) 图12-1 图12-1 式中各速度均为代数值，各值的正负号决定于速度的方向与所选取的坐标轴方向是否一致，这一点要特别注意。 牛顿曾提出“弹性恢复系数”的概念，其定义为碰撞后的相对速度与碰撞前的相对速度的比值。一般称为恢复系数，用表示，即： (12-3) 当时为完全弹性碰撞，为完全非弹性碰撞，一般为弹性碰撞。气轨滑块上的碰撞弹簧是钢制的，值与1，还是有差异的，因此在气轨上不能实现完全弹性碰撞。 1．弹性碰撞 取大小两个滑块，将滑块2置于、光电门之间，使。推动滑块1以速度去撞滑块2，碰撞后速度分别为和，则： (12-4) 碰撞前后的动能的变化为： (12-5) 实际实验时，由于滑块运动受到一定的阻力，又由于导轨会有少许的弯曲，在A门测出的速度，在B门测出的速度和，都和碰撞前后瞬间相应的速度有些差异，减少差异的办法之一，是尽可能缩短碰撞点到测速光电门间的距离。办法之二是进行速度修正。 2.完全非弹性碰撞 此时,将滑块2置于光电门间，而且，滑块1以速度去撞滑块2，碰撞后两滑块粘在一起以同一速度运动。为了实现此类碰撞，要在二滑块上加上尼龙胶带。碰撞前后的动量关系为： (12-6) 动能变化为： (12-7) 实际实验时，由于滑块运动受到一定的阻力，又由于导轨会有少许的弯曲，在A门测出的速度，在B门测出的速度和，都和碰撞前后瞬间相应的速度有些差异，减少差异的办法之一，是尽可能缩短碰撞点到测速光电门间的距离。办法之二是进行速度修正。 实验内容 接上气源及电脑计时器电源线，打开电源开关。 用纱布沾少许酒精擦拭轨面（在供气时）和滑块表面，用薄纸片小条检查气孔有否堵塞。 检查计时系统 选择计时功能和ms档；调节光电门的螺丝，便光电门与导轨垂直；来回滑动滑块，看是否能顺畅通过两个光电门； 用U型挡光片遮光，观察显示计数是否正常； 调平气轨，检查滑块碰撞弹簧，保证对心碰撞 弹性碰撞 适当安置光电门、的位置（），使能顺序测出三个速度（滑块1通过门的速度）、（滑块2在门的速度）、（滑块1在门的速度）并在可能的条件下，使、的距离小些．每次碰撞时，要使，速度左右，碰撞次数6～10次。 完全非弹性碰撞 在二滑块的相对的碰撞面上加上尼龙胶带 (碰撞弹簧要移开)，进行碰撞，仍然使，速度左右，碰撞次数6～10次，测出碰前（滑块1通过门的速度）、碰后速度（滑块1、2在门的速度）、完成表格12－2。 用物理天平称出两个滑块的质量、。 实验数据记录： 完全弹性碰撞 测量号 碰 前 碰 后 e /m/s /m/s /m/s /m/s 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 10 0 完全非弹性碰撞 测量号 碰 前 碰 后 /m/s / m/s / m/s 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 10 0 实验数据处理： 分别计算两类碰撞，碰撞前后动量的比； 分别计算两类碰撞，碰撞前后动能的变化； 非完全弹性碰撞时的恢复系数； 对实验结果作分析和评价 【思考题】 1．为了验证动量守恒，在本实验操作上如何来保证实验条件，减小测量误差。 2．为了使滑块在气垫导轨上匀速运动，是否应调节导轨完全水平？应怎样调节才能使滑块受到的合外力近似等于零？