1、实 验 报 告 评分:38成绩:38实验题目:碰撞过程中守恒定律的研究实验目的:利用气垫导轨研究一维碰撞的三种情况,验证动量守恒和能量守恒定律。定量研究动量损失和能量损失在工程技术中有重要意义。同时通过实验还可提高误差分析的能力。实验原理:如果一个力学系统所受合外力为零或在某方向上的合外力为零,则该力学系统总动量守恒或在某方向上守恒,即 (1)实验中用两个质量分别为m1、m2的滑块来碰撞(图1), 若忽略气流阻力,根据动量守恒有 (2)1 完全弹性碰撞完全弹性碰撞的标志是碰撞前后动量守恒,动能也守恒,即 (3), (4)由(3)、(4)两式可解得碰撞后的速度为 (5), (6)如果v20=0,
2、则有 (7), (8)动量损失率为: (9)能量损失率为: (10)理论上,动量损失和能量损失都为零,但在实验中,由于空气阻力和气垫导轨本身的原因,不可能完全为零,但在一定误差范围内可认为是守恒的。2 完全非弹性碰撞碰撞后,二滑块粘在一起以10同一速度运动,即为完全非弹性碰撞。在完全非弹性碰撞中,系统动量守恒,动能不守恒。 (11)在实验中,让v20=0,则有 (12), (13)动量损失率: (14)动能损失率: (15)3 一般非弹性碰撞一般情况下,碰撞后,一部分机械能将转变为其他形式的能量,机械能守恒在此情况已不适用。牛顿总结实验结果并提出碰撞定律:碰撞后两物体的分离速度与碰撞前两物体的
3、接近速度成正比,比值称为恢复系数,即 (16)恢复系数e由碰撞物体的质料决定。E值由实验测定,一般情况下0em2,用物理天平称m1、m2的质量(包括挡光片)。将两滑块分别装上弹簧钢圈,滑块m2置于两光电门之间(两光电门距离不可太远),使其静止,用m1碰m2,分别记下m1通过第一个光电门的时间t10和经过第二个光电门的时间t1,以及m2通过第二个光电门的时间t2,重复五次,记录所测数据,数据表格自拟,计算、e。(2) 分别在两滑块上换上尼龙搭扣,重复上述测量和计算。(3) 分别在两滑块上换上金属碰撞器,重复上述测量和计算。实验数据与数据处理:实验原始数据:1、 完全弹性碰撞m大=332.5g m
4、小=178.0g表1 测量挡光片宽度的数据表2 完全弹性碰撞实验中的时间 表3 完全弹性碰撞中各项计算数据2、 完全非弹性碰撞m大=344.0g m小=185.0g表4 完全非弹性碰撞实验中的时间表5 完全非弹性碰撞中各项计算数据3、 一般非弹性碰撞m大=329.8g m小=174.0g表4 一般非弹性碰撞实验中的时间表7 一般非弹性碰撞中各项计算数据实验结论:(1)从上述三次实验可知,在一定实验误差范围内可以认为:两滑块碰撞过程中动量守恒。在完全弹性碰撞过程中,系统能量守恒,恢复系数为1,完全非弹性碰撞过程中,系统能量损失率最高,恢复系数为0,一般非弹性碰撞过程中,能量损失率较大,恢复系数为
5、0e1。(2)但由于本实验存在误差,空气阻力,导轨不是绝对水平,气流不稳定,碰撞材料只能看作近似,还是存在一定的损失,物体质量不精确等原因。且本组实验仪器中,尼龙搭扣的尼龙不是很好,导致不能马上黏住并一起运动,导致这组实验误差较大,且恢复系数普遍大于0.1。(3)但在一定实验误差范围内,可以认为动量守恒定律成立。思考题1 碰撞前后系统总动量不相等,试分析原因。答:由于空气阻力的存在,导轨不是绝对水平,气流不稳定,碰撞材料只能看作近似,还是存在一定的损失,物体质量不精确且小滑块在碰前可能有一定初速度。所以碰撞前后系统总动量不相等。2 恢复系数的大小取决于哪些因素?答:恢复系数的大小取决于碰撞物体的材料、碰撞过程中冲量大小与冲量有关吗?、是否是正碰、碰撞面的形状。