实验关于三碰撞实验教案.doc

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实验三碰撞实验
[目的]
考证动量守恒定律;
认识非完满弹性碰撞与完满非弹性碰撞的特色。
[仪器和器具]
(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、并且能较精准地考证各个力学规律的实验装置。在过去的教
学中,被察看的物体在运动过程中必定会遇到摩擦力,这一不利要素给直接考证某些重要的力学规
律带来了必定的困难,它使我们对现象只好做较大体的察看。气垫导轨的实验装置的特色是使摩擦
力大大减少,它将被察看的物体(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,
进而可直观地、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,包含导轨,滑块
及挡光片,气源,光电门,计时器,垫块等构成。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”,被察看的物体——滑块就飞扬在气垫上。运动过程中滑块可是
遇到很小的空气粘滞性摩擦阻力的作用,它的运动可近似地以为是无摩擦的运动。
1、导轨:。2M长精巧气轨面上均匀散布着386个直径
,不可以拥挤,如有塞孔,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,进而把滑块与导轨之间接触的滑动摩擦变为为空气层之间的气
体内摩擦,极大地减小了摩擦力的影响。导轨两头还装有缓冲弹簧、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。
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巧吻合。滑块两头装有
缓冲器,其上边可部署挡光片或附带重物。
3、挡光片:使用d小的挡光片可以使测出的均匀速度凑近刹时速度,即减小系统偏差。但
是d小时,相应的t也将变小,这时t的相应偏差将变大,所以丈量速度时,不宜用d很
小的挡光片。
使用气轨注意事项:
1)气轨轨面和滑块内表面不同样意用硬物敲打和撞击,如被碰伤或变形则可能出现接触摩擦使阻力显然增大;
2)禁止在不通气源的状况下将滑块在导轨上往返滑动,不然二者的表面会因干磨擦而损害。
3)滑块禁止掉在桌面或地面上。
4)实验前要用纱布或软毛巾蘸少些酒精,擦拭导轨表面和滑块内表面。
5)检查轨面喷气孔能否拥挤:气轨供气后,用薄的小纸条逐个检查气孔,发现拥挤要用细钢丝通一下。
6)实验后取下滑块其余搁置,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遇到的粘滞性阻力和空气阻力,则两滑块在水平方向除遇到碰撞时相互相互作用的内力外,不受其余外力作用。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。
设如图12-1所示,滑块1和2的质量分别为m1和m2,碰撞前二滑块的速度分别为v10和v20,
碰撞后的速度分别为v1和v2,则依据动量守恒定律有:
m1v10
m2v20
m1v1
m2v2
(12-1)
若写成标量形式为:m1v10
m2v20
m1v1
m2v2
(12-2)


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v10Av200B
12
Av1Bv2
12
12-1
式中各速度均为代数值,各v值的正负号决定于速度的方向与所采纳的坐标轴方向能否一致,这一
点要特别注意。
牛顿曾提出“弹性恢复系数”的见解,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
e表示,即:
v2
v1
(12-3)
e
v20
v10
当e1时为完满弹性碰撞,e0为完满非弹性碰撞,一般0e1为非完满弹性碰撞。气轨滑块
上的碰撞弹簧是钢制的,~,它固然凑近1,可是其差别也是显然的,所以在气轨
上不可以实现完满弹性碰撞。

取大小两个滑块(m1
m2),将滑块2置于A、B光电门之间,使v20
0。推进滑块1以速
度v10去撞滑块2,碰撞后速度分别为
v1和v2,则:
m1v10
m1v1
m2v2
(12-4)
碰撞前后的动能的变化为:
Ek
1(m1v12
m2v22)
1m1v102
(12-5)
2
2
实质实验时,因为滑块运动遇到必定的阻力,又因为导轨会有少量的曲折,在
A门测出的速度v1A,
在B门测出的速度v1B和v2B,都和碰撞前后刹时相应的速度有些差别,减少差其余方法之一,是尽


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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,因为滑块在“调平”气轨上运
动时仍旧有加快度,可参照图12-2测出三个加快度,对相应的速度进行修正,图中滑块地点为相碰
前刹时的地点,CD为此时二滑块挡光片中点的地点,AB为实验光阴电门的正常地点。
A
C
D
B
a10
a1
a2
1
2
12-2
AC间距离为s10,将B门移至C,测出滑块1在AC间的加快度a10,则
v10v12A2a10s10(v1A是滑块1经过A门的速度).
CB间距离为s1,将光电门置于C、B处,测出滑块1在CB间的加快度a1,则
v1
v12B
2a1s1(v1B是滑块1
经过B门的速度).
(3)
DB间距离为s21,将光电门置于DB处,测出滑块
2在DB间的加快度a2,则
v2
v22B
2a2s2(v2B是滑块
2经过B门的速度).
完满非弹性碰撞
此时e0,将滑块2置于光电门AB间,并且v200,滑块1以速度v10去撞滑块2,碰撞后
两滑块粘在一同以同一速度v2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:
m1v10(m1m2)v2(12-6)
动能变化为:
1
2
1
2
Ek
2
(m1
m2)v2
2
m1v10(12-7)
实质实验时,因为滑块运动遇到必定的阻力,又因为导轨会有少量的曲折,在
A门测出的速度v1A,
在B门测出的速度v1B和v2B,都和碰撞前后刹时相应的速度有些差别,减少差其余方法之一,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测出两个加快度,
对相应的速度进行修正,图中滑块地点为相碰前刹时的地点,CD为此时二滑块挡光片中点的地点,
AB为实验光阴电门的正常地点。


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A
E
B
a10
a3
2
12-3
AE间距离为s10,将B门移至E,测出滑块1在AC间的加快度a10,则
v10v12A2a10s10(v1A是滑块1经过A门的速度).
EB间距离为s2,将光电门置于E、B处,测出滑块1、2在EB间的加快度a3,则
v1
v2
v12B
2a3s2(v1B是滑块1、2经过B门的速度).
或v1
v2
v22
B
2a3s2(v2B是滑块1、2经过B门的速度).
[实验内容、步骤]
,翻开电源开关。
.用纱布沾少量酒精擦拭轨面(在供气时)和滑块表面,用薄纸片小条检查气孔有否拥挤。

(1)选择计时S2功能并调到cm/s档;调理光电门的螺丝,便光电门与导轨垂直;往返滑动
滑块,看能否能顺畅达过两个光电门;
2)用U型挡光片遮光,察看显示计数能否正常;
,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50-70cm/s左右的速度运动。频频察看滑块以该速度往返(A→B和B→A)经过两个光电门的速度差(vAB和vBA)能否基真相等()。比较vAB
和vBA,若vAB>vBA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。

适合部署光电门A、B的地点(AB30cm),使能次序测出三个速度v1A(滑块1经过A门


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的速度)、v2B(滑块2在B门的速度)、v1B(滑块1在B门的速度)并在可能的条件下,使A、
,要使v200,速度v1060cm/s左右,碰撞次数10次达成表格
12-1。

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,仍旧使v200,速
度v1060cm/s左右,碰撞次数10次,测出碰前v1A(滑块1经过A门的速度)、碰后速度v2B
(滑块1、2在B门的速度)、达成表格12-2。
、m2。

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Ek;
3)非完满弹性碰撞时的恢复系数e;
4)对实验结果作分析和讨论
[数据记录与办理]

表格12-1(非完满弹性碰撞)
小滑块质量m,大滑块质量M
速度丈量计算值
v1A(cm/s)v2B(cm/s)v1B(cm/s)CEk(107J)e
1
2
3
4
5
6
7
8
9


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表格12-2(完满非弹性碰撞)
a
a3
0
速度丈量
计算值
v1A(cm/s)v1B(cm/s)v2B(cm/s)
C
Ek(107J)e
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10



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[

结果报导]
(1)两类碰撞,碰撞前后动量的比C及其标准偏差:C=
(2)非完满弹性碰撞时的恢复系数e其标准偏差:e=


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3)依据C值能否考证动量守恒?
4)依据C、e值说明两类碰撞的特色。
[结果分析]
提示:
讨论分析理论值与实验值的偏差并提出改良方案:从理论上讨论并对课本提出改良要求:
如:气轨的倾斜、滑块的速度影响、运动坚固性影响、对心碰撞、滑块质量安排等。从个人操作上分析偏差并提出改良方案。
预习要求
预的使用方法
简述本实验原理
分析本实验的偏差根源
请开初准备好实验数据记录所需的表格(两份)并理解表中每个符号所代表含义。
5.


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