2023年新版大学物理仿真实验报告碰撞与动量守恒

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1、大学物理仿真实验报告一 实验目的1. 运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，2. 定量研究动量损失和能量损失在工程技术中有重要意义。3. 同时通过实验还可提高误差分析的能力。二 实验原理 假如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，根据动量守恒有对于完全弹性碰撞，规定两个滑行器的碰撞面有用弹性良好的弹簧组成的缓冲器，我们可用钢圈作完全弹性碰撞器；对于完全非弹性碰撞，碰撞面可用尼龙搭扣、橡皮泥或油灰；一般非弹性碰撞用一般金属如合金、铁等，无论哪种碰

2、撞面，必须保证是对心碰撞。当两滑块在水平的导轨上作对心碰撞时，忽略气流阻力，且不受他任何水平方向外力的影响，因此这两个滑块组成的力学系统在水平方向动量守恒。由于滑块作一维运动，式（2）中矢量v可改成标量，的方向由正负号决定，若与所选取的坐标轴方向相同则取正号，反之，则取负号。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，即由（3）、（4）两式可解得碰撞后的速度为假如v20=0，则有动量损失率为能量损失率为理论上，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自身的因素，不也许完全为零，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

3、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。在实验中，让v20=0，则有动量损失率动能损失率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合用。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接近速度成正比，比值称为恢复系数，即恢复系数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（涉及挡光片）。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

4、通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，反复五次，记录所测数据，数据表格自拟，计算(2) 分别在两滑块上换上尼龙搭扣，反复上述测量和计算。(3) 分别在两滑块上换上金属碰撞器，反复上述测量和计算。五 数据记录与解决1. 完全弹性碰撞2. 一般非弹性碰撞 3.完全非弹性碰撞六.实验结论 1. 完全弹性碰撞动量守恒，机械能守恒，恢复系数为1； 2. 一般弹性碰撞动量守恒，机械能不守恒，恢复系数小于； 3. 完全非弹性碰撞动量守恒，机械能不守恒，恢复系数为0；七思考题1. 碰撞前后系统总动量不相等，试分析其因素。答：粘滞阻力，阻尼系数大小，系统恢复速度，气流速度，系统负载大小，都会影响实验结果。2. 恢复系数e的大小取决于哪些因素？答：碰撞物体的材料，系统环境等。3. 你还能想出验证机械能守恒的其他方法吗？答：通过研究自由落体运动，单摆运动等方法可以验证。