实验 三.碰撞实验(教案).doc

实验三碰撞实验
[目的]
验证动量守恒定律;
了解非完全弹性碰撞与完全非弹性碰撞的特点。
[仪器和用具]
气垫导轨全套(L-QG-T-2000/)(导轨,气源,大滑块,小滑块,尼龙粘胶带,碰撞弹簧);
电脑计时器(MUJ-6B型);
物理天平(TW-1B型);
力学实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实验装置。在过去的教学中,被考察的物体在运动过程中必然会受到摩擦力,这一不利因素给直接验证某些重要的力学规律带来了一定的困难,它使我们对现象只能做较粗略的观察。气垫导轨的实验装置的特点是使摩擦力大大减少,它将被考察的物体(滑块)置于气垫上滑动,基本上可以忽略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实验、研究。
气轨简介:气轨是一种摩擦很小的运动实验装置。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,在导轨和滑块之间形成一层很薄的“气垫”,被考察的物体——滑块就漂浮在气垫上。运动过程中滑块仅仅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。
导轨:。,不能阻塞,若有塞孔,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。导轨两端还装有缓冲弹簧、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。
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。
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。但是d小时,相应的t也将变小,这时t的相应误差将变大,所以测量速度时,不宜用d很小的挡光片。
使用气轨注意事项:
气轨轨面和滑块内表面不允许用硬物敲打和撞击,如被碰伤或变形则可能出现接触摩擦使阻力显著增大;
严禁在不通气源的情况下将滑块在导轨上来回滑动,否则两者的表面会因干磨擦而损伤。
滑块严禁掉在桌面或地面上。
实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。
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,发现堵塞要用细钢丝通一下。
实验后取下滑块另外放置,用布罩好导轨。
[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
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