文档介绍：地空学院陈剑雄 PB06007111
一实验名称:碰撞过程中守恒定律的研究
二实验目的: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。
三实验原理: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,若忽略气流阻力,根据动量守恒有
(2)
对于完全弹性碰撞,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;一般非弹性碰撞用一般金属,无论哪种碰撞面,必须保证是对心碰撞。
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)
如果v20=0,则有(5)
(6)
动量损失率为
(7)
能量损失率为
(8)
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。
完全非弹性碰撞
碰撞后,二滑块粘在一起以同一速度运动,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。
(9)
在实验中,让v20=0,则有(10)
(11)
动量损失率(12)
动能损失率(13)
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0<e<1,当e=1时,为完全弹性碰撞;e=0时,为完全非弹性碰撞。
四实验内容:
研究三种碰撞状态下的守恒定律:取两滑块m1、m2,将两滑块分别装上弹簧钢圈(尼龙搭扣,金属片),称m1、m2的质量(包括挡光片)。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Δt10和经过第二个光电门的时间Δt1,以及m2通过第二个光电门的时间
Δt2,重复五次,记录所测数据,计算、、e。
挡光片挡光距离数据测量如下:(以下三组试验用的均为这个数据)
小物块上挡光片: 大物块上挡光片:
(1)完全弹性碰撞:
两个滑块的质量的测量数据如下:
M1= M2=
挡光时间测量数据如下:
1
2
3
4
5
P11(t10)

P21(t21)

P22(t11)

由公式:
可以计算出实验得出的该三个量为:
1
2
3
4
5
dp/p

dE/E

e

理论上,对于完全弹性碰撞,有: Dp/p=0; DE/E=0; e=