2022年实验三碰撞实验.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 试验三 碰撞试验 目的 1. 验证动量守恒定律；2. 明白非完全弹性碰撞与完全非弹性碰撞的特点； 仪器和用具 1.气垫导轨全套（ L-QG-T-2000/5.8 型）（导轨,气源,大滑块,小滑块,尼龙粘胶带,碰撞弹簧）；2.电脑计时器（ MUJ-6B 型）；3.物理天平 TW-1B 型；力学试验常需要一种能直观地、并且能较精确地验证各个力学规律的试验装置；在过去的教 学中,被考察的物体在运动过程中必定会受到摩擦力,这一不利因素给直接验证某些重要的力学规 律带来了肯定的困难,它使我们对现象只能做较粗略的观看；气垫导轨的试验装置的特点是使摩擦 力大

2、大削减,它将被考察的物体（滑块）置于气垫上滑动,基本上可以忽视摩擦力对运动的影响,从而可直观地、定量地对一系列的物体运动规律进行试验、争论；气轨简介：气轨是一种摩擦很小的运动试验装置；气垫导轨与光电计时系统,包括导轨,滑块 及挡光片,气源,光电门,计时器,垫块等组成；它利用从导轨表面小孔喷出的压缩空气,在导轨,被考察的物体 滑块就漂浮在气垫上；运动过程中滑块仅仅 和滑块之间形成一层很薄的“ 气垫”受到很小的空气粘滞性摩擦阻力的作用,它的运动可近似地认为是无摩擦的运动；1、导轨：是由长约2.0 米的三角形铝型材做成；2M 长精密气轨面上匀称分布着386 个直径为 0.6mm 的气孔,不能堵塞,如

3、有塞孔,可用通针通下；来自气源的压缩空气从导轨一 端被送入管腔,由小孔喷出,在轨面与轨上滑块之间形成很薄的空气膜（即所谓气垫）,将滑块从导轨面上托起,从而把滑块与导轨之间接触的滑动摩擦变成为空气层之间的气 体内摩擦,极大地减小了摩擦力的影响；导轨两端仍装有缓冲弹簧、滑轮；整个导轨安 置在矩形梁上,梁下有三个用来调水平的底脚螺丝；2、滑块：为长约20 厘米的角形铝块；其内表面和导轨的两个侧面精密吻合；滑块两端装有缓冲器,其上面可安置挡光片或附加重物；3、挡光片：使用d 小的挡光片可以使测出的平均速度接近瞬时速度,即减小系统误差；但d 很是 d 小时,相应的t 也将变小,这时t 的相应误差将变大,

4、所以测量速度时,不宜用小的挡光片；名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 使用气轨留意事项：（1）气轨轨面和滑块内表面不答应用硬物敲打和撞击,如被碰伤或变形就可能显现接触摩擦使阻力显著增大；（2）严禁在不通气源的情形下将滑块在导轨上来回滑动,否就两者的表面会因干磨擦而损耗；（3）滑块严禁掉在桌面或地面上；（4）试验前要用纱布或软毛巾蘸少些酒精,擦抹导轨表面和滑块内表面；（5）检查轨面喷气孔是否堵塞：气轨供气后,用薄的小纸条逐一检查气孔,发觉堵塞要用细钢丝通一下；（6）试验后取下滑块另外放置,用布罩好导轨； 原理 当两滑块在

5、水平的导轨上沿直线作对心碰撞时,如略去滑块运动过程中受到的粘滞性阻力和空气阻力,就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；故依据动量守恒定律,两滑块的总动量在碰撞前后保持不变；名师归纳总结 设如图 12-1 所示,滑块1 和 2 的质量分别为m 和m ,碰撞前二滑块的速度分别为v 10和v20,第 2 页,共 7 页碰撞后的速度分别为1v 和v ,就依据动量守恒定律有：v 2 12-1 m 1v 10m 2v 20m 1 v 1m 2如写成标量形式为：m 1v 10m 2v 20m 1 v 1m 2v 2 12-2 - - - - - - -精选学习资料 - - -

6、 - - - - - - v 10Av200B1A2Bv 21v1 2图 12-1 式中各速度均为代数值,各 v 值的正负号打算于速度的方向与所选取的坐标轴方向是否一样,这一点要特殊留意；牛顿曾提出“ 弹性复原系数” 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；一般称为复原系数,用e表示,即：ev 2v 1 12-3 v 10v20当e1时为完全弹性碰撞,e0为完全非弹性碰撞,一般0e1为非完全弹性碰撞；气轨滑块上的碰撞弹簧是钢制的,e值在0. 950. 98,它虽然接近1,但是其差异也是明显的,因此在气轨上不能实现完全弹性碰撞；1非完全弹性碰撞度取大小两个滑块m 1m 2,将滑

7、块2 置于 A 、 B 光电门之间,使v200；推动滑块1 以速v 10去撞滑块 2,碰撞后速度分别为v 和v ,就：m 1v 10m 1 v 1m 2v 2 12-4 碰撞前后的动能的变化为：名师归纳总结 Ek1m 12 v 1m 2v21m 1v2 12-5 v1,第 3 页,共 7 页21022实际试验时,由于滑块运动受到肯定的阻力,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v1和v2,都和碰撞前后瞬时相应的速度有些差异,削减差异的方法之一,是尽- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 可能缩短碰撞点到测速光电门间的距离；方法之二是进

8、行速度修正,由于滑块在“ 调平” 气轨上运动时仍旧有加速度,可参照图 12-2 测出三个加速度,对相应的速度进行修正,图中滑块位置为相碰前瞬时的位置,CD 为此时二滑块挡光片中点的位置,AB 为试验时间电门的正常位置；Aa 10 C a 1 D Ba 21 2图 12-2 1 AC 间 距 离 为s 10, 将 B 门 移 至 C , 测 出 滑 块1在 AC间 的 加 速 度a 10, 就v102 v 1 A2a 10s 10v1是滑块 1 通过 A 门的速度 . 1在 CB 间 的 加 速 度a , 就2 CB 间 距 离 为1s , 将 光 电 门 置 于 C 、 B 处 , 测 出 滑

9、 块v12 v 1 B2a 1s 1v1是滑块 1 通过 B 门的速度 . 2在 DB 间 的 加 速 度a 2, 就3 DB 间 距 离 为s 21, 将 光 电 门 置 于 DB 处 , 测 出 滑 块v22 v 2B2 a2s 2v2 是滑块 2 通过B门的速度 . 2. 完全非弹性碰撞此时 e 0 , 将滑块 2 置于光电门 AB 间,而且 v 20 0,滑块 1 以速度 v 10 去撞滑块 2,碰撞后两滑块粘在一起以同一速度 v 运动；为了实现此类碰撞,要在二滑块的碰撞弹簧上加上尼龙胶带；碰撞前后的动量关系为：m 1 v 10 m 1 m 2 v 2 12-6 动能变化为：E k 1

10、 m 1 m 2 v 2 2 1m 1 v 10 2 12-7 2 2实际试验时,由于滑块运动受到肯定的阻力,又由于导轨会有少许的弯曲,在 A门测出的速度 v1 ,在 B 门测出的速度 v1和 v2,都和碰撞前后瞬时相应的速度有些差异,削减差异的方法之一,是尽可能缩短碰撞点到测速光电门间的距离；方法之二是进行速度修正；可参照图 12-3 测出两个加速度,对相应的速度进行修正,图中滑块位置为相碰前瞬时的位置,AB 为试验时间电门的正常位置；CD 为此时二滑块挡光片中点的位置,名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - Aa 10

11、Ea3B1 2图 12-3 1 AE 间 距 离 为s 10, 将 B 门 移 至 E , 测 出 滑 块1在 AC间 的 加 速 度a 103, 就v102 v 1 A2a 10s 10v1是滑块 1 通过 A 门的速度 . 1、 2 在 EB 间 的 加 速 度a, 就2 EB 间 距 离 为2s , 将 光 电 门 置 于 E 、 B 处 , 测 出 滑 块v1v2v22a3s2v1 是滑块 1、2 通过 B 门的速度 . 1B或v 1v2v2B2a3s2v2是滑块 1、2 通过 B 门的速度 . 2 试验内容、步骤 一. 接上气源及电脑计时器电源线,打开电源开关；二. 用纱布沾少许酒精

12、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；三. 检查计时系统（ 1）挑选计时S 功能并调到cm/s 档；调剂光电门的螺丝,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；（ 2）用 U型挡光片遮光,观看显示计数是否正常；四调平气轨,检查滑块碰撞弹簧,保证对心碰撞（ 1）调平气轨： 电脑计时器调到速度档 cm/s ,在大滑块上装好挡光片,轻拨滑块使其在导轨上以 5070cm/s 左右的速度运动；反复观看滑块以该速度来回（A B 和 BA）通过两个光电门的速度差 （v AB 和 v BA）是否基本相等 （或不超过 0.2cm/s 就算调平了） ；比较 v AB和

13、v BA,如 v AB v BA 说明 B 点较高,应作相应的调整；（ 2）检查滑块碰撞弹簧,保证两滑块的碰撞弹簧在同一水平线上；五非完全弹性碰撞名师归纳总结 适当安置光电门A 、 B 的位置（AB30cm）,使能次序测出三个速度v1（滑块 1 通过 A 门第 5 页,共 7 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 的速度）、v2（滑块 2 在 B 门的速度）、v1（滑块 1 在 B 门的速度） 并在可能的条件下,使 A 、B 的距离小些每次碰撞时,要使v 200,速度v 1060 cm/s左右,碰撞次数10 次完成表格121；六完全非弹性碰撞在二滑块的相

14、对的碰撞面上加上尼龙胶带 碰撞弹簧要移开 ,进行碰撞,仍旧使 v 20 0,速度 v 10 60 cm / s 左右,碰撞次数 10 次,测出碰前 v1（滑块 1 通过 A 门的速度）、碰后速度 v2 B（滑块 1、2 在 B 门的速度）、完成表格 122；七用物理天平称出两个滑块的质量 m 、m ；八运算结果及分析1） 两类碰撞,碰撞前后动量的比CP 末P 初；2） 两类碰撞,碰撞前后动能的变化E ；e；3） 非完全弹性碰撞时的复原系数4） 对试验结果作分析和评判 数据记录与处理 1数据表格表格 121（非完全弹性碰撞）名师归纳总结 小滑块质量 m速度测量,大滑块质量M运算值e第 6 页,共

15、 7 页v A cm /s v B cm /s vB cms CEk 10 7J 12345678910- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 表格 122（完全非弹性碰撞）1a0速度测量a3s C运算值ev A cm /s v B cm /s v B cm /Ek107J23456789102. 数据处理 结果报道 （1） 两类碰撞,碰撞前后动量的比 C及其标准偏差：C（2） 非完全弹性碰撞时的复原系数 e 其标准偏差： e（3） 依据 C值能否验证动量守恒？（4） 依据 C、e 值说明两类碰撞的特点； 结果分析 提示 : 争论分析理论值与试验值的误差并提出改进方案：从理论上争论并对课本提出改进要求：如：气轨的倾斜、滑块的速度影响、运动稳固性影响、对心碰撞、滑块质量支配等；从个人操作上 分析误差并提出改进方案；预习要求名师归纳总结 1.预习课本上关于气垫导轨、物理天平的使用方法第 7 页,共 7 页2.简述本试验原理3.分析本试验的误差来源4.请预先预备好试验数据记录所需的表格（两份）并懂得表中每个符号所代表含义；- - - - - - -