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1、2020 年春季大学物理实验专业班级：学号：姓名：日期：实验名称： 弹性球的非弹性碰撞实验目的： 研究弹性球与地面的碰撞过程，测量小球的入射速度和反弹速度，计算每次碰撞的恢复系数；了解智能手机内置传感器及phyphox 软件的使用方法；学习基本的数据处理分析方法。实验仪器材料：弹性小球（如乒乓球）、智能手机及phyphox 软件。实验方案（装置）设计：相关理论（公式）、原理图、思路等1. 垂直落到地板（或桌面）上的弹性球连续蹦跳若干次后静止下来。碰撞过程中，可认为地面相对小球保持静止，每次碰撞的恢复系数为：分别为小球碰撞时的入射速度、反弹速度2. 球与地板每次碰撞都伴随一次声发射，通过“听音”
2、可测量碰撞的时间间隔tn （即球的飞行时间）。忽略空气阻力影响，由 tn计算出每次碰撞的入射速度和反弹速度，求出每次碰撞时的恢复系数。实验过程：实验步骤、实验现象观察、出现的问题及解决方法等【实验步骤】1，打开手机Phyphox，选择“计时器”下的“声学秒表”中的“多任务”，点击开始按钮；2，将乒乓球举起一定高度，由静止释放；3，待到乒乓球几乎停止运动，即可点击手机上的停止按钮，并将数据以Excel 的形式导出到电脑；4，将数据计入表格，并按公式计算速度以及恢复系数；5，绘制恢复系数随速度的变化关系曲线；6，更换不同材质的反弹板重复实验。数据分析处理：数据记录（表格）、计算过程及结果等【1】第
3、一组，乒乓球在水泥地面上的数据记录表格：(g 取 9.80m/s2) ( 初始表格 , 由 phynphox 导出 ) （实验表格）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 5 页 - - - - - - - - - （计算过程）（恢复系数随速度的变化关系曲线1（Excel 制作）1（恢复系数 - 速度）【2】第二组，乒乓球在瓷砖地面上的数据记录表格： (g取 9.80m/s2) （初始表格 , 由 phynphox 导出）（实验表格）任务数0 1 2 3 4 5
4、6 7 8 时间间隔t（s）0.799 0.672 0.582 0.512 0.456 0.412 0.375 0.343 0.313 速度 v（m/s ）3.915 3.293 2.852 2.509 2.234 2.019 1.838 1.681 1.534 恢复系数e - 0.841 0.886 0.880 0.890 0.904 0.910 0.914 0.912 恢复系数e 速度 v（m/s2 ）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 5 页 - - -
5、 - - - - - - （计算方法同上，故省略计算过程）（恢复系数随速度的变化关系曲线2（Excel 制作）2（恢复系数 - 速度）结论： 随着碰撞次数的增加，小球速度越来越大，小球的恢复系数一般是越来越大； 当碰撞板的材料不同时，小球的速度变化情况及恢复系数也是不同的，瓷砖地面的恢复系数高于水泥地面。问题探究 ：试分析、估算空气阻力对测量结果的影响。任务数0 1 2 3 4 5 6 7 8 时间间隔t（s）0.808 0.689 0.602 0.534 0.480 0.434 0.398 0.365 0.337 速度 v（m/s ）3.959 3.376 2.950 2.617 2.352
6、 2.127 1.950 1.788 1.651 恢复系数e - 0.853 0.874 0.887 0.899 0.904 0.917 0.912 0.925 恢复系数e 速度 v（m/s2 ）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 5 页 - - - - - - - - - 从分析易知，小球上升的时间比下降的时间短，某次反弹起的速度与再次撞击地面的速度并不相等，反弹起的速度nv大于再次撞击的速度nv, 因此易知，恢复系数偏小；而随着高度的减小，小球的速度也会减
7、小，空气阻力的作用的影响也会减小。因此，如果想减小误差，应该采用密度更大的小球，或选取较低的高度，很明显，我的起始高度选择太大是很不明智的。下面用实验说明上述猜想：将电风扇开到1，2 级风速，重复上述实验；实验结果如下：（恢复系数随速度的变化关系曲线（Excel 制作）实验结果与假设相符，于是基本可以判断，相同条件下，空气阻力越大，恢复系数越小；任务数0 1 2 3 4 5 时间间隔t（s）0.731 0.628 0.554 0.496 0.446 0.408 速度 v（m/s ）3.582 3.077 2.715 2.430 2.185 1.999 恢复系数e - 0.859 0.882 0
8、.895 0.899 0.915 任务数0 1 2 3 4 5 时间间隔t（s）0.677 0.576 0.507 0.454 0.407 0.372 速度 v（m/s ）3.315 2.825 2.484 2.225 1.994 1.883 恢复系数e - 0.852 0.879 0.895 0.896 0.914 1级风2级风蓝色曲线为1 级风红色曲线为2 级风名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 5 页 - - - - - - - - - 实验小结：误差来
9、源、实验收获等误差分析：由于乒乓球质量轻，受空气阻力影响明显，所以用网球等效果其实更好（但家里没有）; 乒乓球在运动过程中的空气阻力和浮力均未考虑；由于地板不够平或放手时的人为因素及自然因素，小球并未做自由落体或竖直下抛运动，而是具有了水平速度而做斜抛运动。实验收获 ; 进一步学习了phyphox 软件的运用；学会了用Excel 制作曲线图等数据处理方法；学会了运用控制变量法等数据分析方法。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 5 页 - - - - - - - - -