实验五.碰撞实验(教案)

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1、实验五碰撞实验[目的]1.验证动量守恒定律；2.了解非完全弹性碰撞与完全非弹性碰撞的特点。[仪器和用具]1.气垫导轨全套（L-QG-T-2000/5.8型）（导轨，气源，大滑块，小滑块，尼龙粘胶带，碰撞弹簧）；2.电脑计时器（MUJ-6B型）；3.物理天平(TW-1B型)；使用气轨注意事项：（1）气轨轨面和滑块内表面不允许用硬物敲打和撞击，如被碰伤或变形则可能出现接触摩擦使阻力显著增大；（2）严禁在不通气源的情况下将滑块在导轨上来回滑动，否则两者的表面会因干磨擦而损伤。（3）滑块严禁掉在桌面或地面上。（4）实验前要用纱布或软毛巾蘸少些酒精，擦抹导轨

2、表面和滑块内表面。（5）检查轨面喷气孔是否堵塞：气轨供气后，用薄的小纸条逐一检查气孔，发现堵塞要用细钢丝通一下。（6）实验后取下滑块另外放置，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受到的粘滞性阻力和空气阻力，则两滑块在水平方向除受到碰撞时彼此相互作用的内力外，不受其它外力作用。故根据动量守恒定律，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的质量分别为和，碰撞前二滑块的速度分别为和，碰撞后的速度分别为和，则根据动量守恒定律有：(12-1)写成标量形式为：(12-2)式中各速度均为代数

3、值，各值的正负号决定于速度的方向与所选取的坐标轴方向是否一致.图12-1牛顿曾提出“弹性恢复系数”的概念，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，用表示，即：(12-3)当时为完全弹性碰撞，为完全非弹性碰撞，为非完全弹性碰撞。1．非完全弹性碰撞取大小两个滑块，将滑块2置于、光电门之间，使。推动滑块1以速度去撞滑块2，碰撞后速度分别为和，则：(12-4)碰撞前后的动能的变化为：(12-5)实际实验时，由于滑块运动受到一定的阻力，又由于导轨会有少许的弯曲，在A门测出的碰前速度，在B门测出的碰后速度和，都和碰撞前后瞬间相应的速

4、度有差异，减少差异的办法之一，是尽可能缩短碰撞点到测速光电门间的距离。办法之二是进行速度修正，因为滑块在“调平”气轨上运动时仍然有加速度，可参照图12-2测出三个加速度，对相应的速度进行修正，图中滑块位置为相碰前瞬间的位置，为此时二滑块挡光片中点的位置，为实验时光电门的正常位置。图12-22.完全非弹性碰撞将滑块2置于光电门间，而且，滑块1以速度去撞滑块2，碰撞后两滑块粘在一起以共同的速度运动。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：(12-6)动能变化为：(12-7)实际实验时，由于滑块运动受到一定的阻力，又由

5、于导轨会有少许的弯曲，在A门测出的碰前速度，在B门测出的共同碰后速度或，都和碰撞前后瞬间相应的速度有差异，减少差异的办法之一，是尽可能缩短碰撞点到测速光电门间的距离。办法之二是进行速度修正。可参照图12-3测出两个加速度，对相应的速度进行修正，图中滑块位置为相碰前瞬间的位置，为此时二滑块挡光片中点的位置，为实验时光电门的正常位置。图12-3[实验内容、步骤]一.接上气源及电脑计时器电源线，打开电源开关。二.用纱布沾少许酒精擦拭轨面（在供气时）和滑块表面，用薄纸片小条检查气孔有否堵塞。三.检查计时系统:滑动滑块，使滑块的挡光片能顺畅通过两个光电门；显

6、示屏有计数；四．调平气轨，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。反复观察滑块以该速度来回（A→B和B→A）通过两个光电门的速度差（和）是否基本相等（或不超过0.2cm/s就算调平了）。比较和，若>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。五．非完全弹性碰撞(碰撞弹簧)适当安置光电门、的位置（），使能顺序测出三个速度（滑块1通过门的速度）、（滑块2在门的速度）、（滑块1在门的速度）,并在可

7、能的条件下，使、的距离小些．每次碰撞时，要使左右,，碰撞10次,完成表格12－1。六．完全非弹性碰撞(尼龙胶带)仍然使，速度左右，碰撞10次，测出碰前（滑块1通过门的速度）、碰后共同速度（滑块1、2在门的速度）、完成表格12－2。七．用物理天平称出两个滑块的质量、。八．计算结果及分析1）两类碰撞，碰撞前后动量的比；1）两类碰撞，碰撞前后动能的变化；2）非完全弹性碰撞时的恢复系数；3）对实验结果作分析和评价[数据记录与处理]1．数据表格表格12－1（非完全弹性碰撞）小滑块质量，大滑块质量表格12－2（完全非弹性碰撞）2.数据处理[结果报道]（1）两类

8、碰撞，碰撞前后动量的比C及其标准偏差（2）非完全弹性碰撞时的恢复系数e其标准偏差（3）两类碰撞，碰撞前后动能的变化？（4）