文档介绍：《基础物理》实验报告
学院: 专业: 2010 年 12 月 23 日
实验名称
碰撞和动量守恒
姓名
年级/班级
学号
实验目的
实验原理
实验设备及工具
四、实验内容及原始数据
五、实验数据处理及结果(数据表格、现象等)
六、实验结果分析(实验现象分析、实验中存在问题的讨论)

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。同时通过实验还可以提高误差分析的能力

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
= 恒量(1)
实验中用两个质量分别为的滑块来碰撞(-1),若忽略气流阻力,根据动量守恒有
(2)
对于完全弹性碰撞,要求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合金、铁等,无论哪种碰撞面,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,且不受其他任何水平方向的外力的影响,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。
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,则有

(7)

(8)
动量损失率为
由(3)、(4)两式可解得碰撞后的速度为
(5)
(6)
如果,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。
n
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。

(11)
在实验中,让,则有

(12)

(13)
动量损失率
(14)
动能损失率
(15)
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)
恢复系数由碰撞物体的质料决定。值由实验测定,一般情况下,当时,为完全弹性碰撞;时,为完全非弹性碰撞。
n
验证机械能守恒定律
如果一个力学系统只有保守力做功,其他内力和一切外力都不做功,则系统机械能守恒。-2所使,将气垫导轨一端加一垫块,使导轨与水平面成角,把质量为的砝码用细绳通过滑轮与质量为的滑块相连,滑轮的等效质量为,根据机械能守恒定律,有

(17)
式中为砝码下落的距离,和分贝为滑块通过距离的始末速度。如果将导轨调成水平,则有
(18)
在无任何非保守力对系统做功时,系统机械能守恒。但在实验中存在耗散力,如空气阻力和滑