大学物理实验教案-验证动量守恒定律.doc

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1、实验名称:验证动量守恒定律实验目的:1.观察弹性碰撞和完全非弹性碰撞现象。2.验证碰撞过程中动量守恒和机械能守恒定律。实验仪器:气垫导轨(L-QG-T-1500/5.8)滑块电脑通用计数器(MUJ-ⅡB)电子天平游标卡尺气源尼龙粘胶带实验原理: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

2、的速度分别为和,则根据动量守恒定律有:(12-1)若写成标量形式为:(12-2)图12-1式中各速度均为代数值,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,这一点要特别注意。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,一般为弹性碰撞。气轨滑块上的碰撞弹簧是钢制的,值与1,还是有差异的,因此在气轨上不能实现完全弹性碰撞。1.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

3、,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门测出的速度,在B门测出的速度和,都和碰撞前后瞬间相应的速度有些差异,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。2.完全非弹性碰撞此时,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同一速度运动。为了实现此类碰撞,要在二滑块上加上尼龙胶带。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

4、到一定的阻力,又由于导轨会有少许的弯曲,在A门测出的速度,在B门测出的速度和,都和碰撞前后瞬间相应的速度有些差异,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。实验内容1、接上气源及电脑计时器电源线,打开电源开关。2、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。1、检查计时系统(1)选择计时功能和ms档;调节光电门的螺丝,便光电门与导轨垂直;来回滑动滑块,看是否能顺畅通过两个光电门;(2)用U型挡光片遮光,观察显示计数是否正常;2、调平气轨,检查滑块碰撞弹簧,保

5、证对心碰撞3、弹性碰撞适当安置光电门、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)并在可能的条件下,使、的距离小些.每次碰撞时,要使,速度左右,碰撞次数6~10次。4、完全非弹性碰撞在二滑块的相对的碰撞面上加上尼龙胶带(碰撞弹簧要移开),进行碰撞,仍然使,速度左右,碰撞次数6~10次,测出碰前(滑块1通过门的速度)、碰后速度(滑块1、2在门的速度)、完成表格12-2。5、用物理天平称出两个滑块的质量、。实验数据记录:1.完全弹性碰撞测量号碰前碰后e/m/s/m/s/m/s/m/s

6、1020304050607080901001.完全非弹性碰撞测量号碰前碰后/m/s/m/s/m/s102030405060708090100实验数据处理:1.分别计算两类碰撞,碰撞前后动量的比;2.分别计算两类碰撞,碰撞前后动能的变化;3.非完全弹性碰撞时的恢复系数;4.对实验结果作分析和评价【思考题】1.为了验证动量守恒,在本实验操作上如何来保证实验条件,减小测量误差。2.为了使滑块在气垫导轨上匀速运动,是否应调节导轨完全水平?应怎样调节才能使滑块受到的合外力近似等于零?

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