大学物理仿真实验报告——碰撞与动量守恒

大学物理仿真实验实验报告
碰撞和动量守恒
班级：信息1401 姓名：龚顺学号：201401010127
【实验目的】：
1 了解气垫导轨的原理，会使用气垫导轨和数字毫秒计进行试验。

2 进一步加深对动量守恒定律的理解，理解动能守恒和动量守恒的守恒条件。

【实验原理】
当一个系统所受和外力为零时，系统的总动量守恒，即有
若参加对心碰撞的两个物体的质量分别为m1和m2 ，碰撞前后的速度分别为V10、V20和V1 、V2。

1，完全弹性碰撞在完全弹性碰撞中，动量和能量均守恒，故有：
取V20=0，联立以上两式有：
动量损失率：
动能损失率：
2，完全非弹性碰撞
碰撞后两物体粘在一起，具有相同的速度，即有：
仍然取V20=0，则有：
动能损失率：
动量损失率：
3，一般非弹性碰撞中
一般非弹性碰撞中，两物体在碰撞后，系统有部分动能损失，定义恢复系数：
两物体碰撞后的分离速度比两物体碰撞前的接近速度即恢复系数。

当V20=0时有：
e的大小取决于碰撞物体的材料，其值在0~1之间。

它的大小决定了动能损失的大小。

当e=1时，为完全弹性碰撞；e=0时，为完全非弹性碰撞；0<e<1时，为一般非弹性碰撞。

动量损失：
动能损失：
【实验仪器】
本实验主要仪器有气轨、气源、滑块、挡光片、光电门、游标卡尺、米尺和光电计时装置等
【实验内容】
一、气垫导轨调平及数字毫秒计的使用
1、气垫导轨调平
打开气源，放上滑块，观察滑块与轨面两侧的间隙纵向水平调节双支脚螺丝，横向水平调节单支脚，直到滑块在任何位置均保持不动，或做极缓慢的来回滑动为止。

动态法调平，滑块上装挡光片，使滑块以缓慢速度先后通过两个相距60cm的光电门，如果滑块通过两光电门的时间差小于1ms，便可认为轨道已经调平。

本实验采用动态调节。

2、数字毫秒计的使用
使用U型挡光片，计算方式选择B档。

二滑块上分别装上弹簧圈碰撞器。

将小滑块m2置于两个相距40cm的光电门之间，使其静止，使大滑块m1以速度V10去碰撞m2，从计时器上读出碰撞前后通过S距离所用的时间t10，t1，t2.记录数据。

二、重复5次测量，计算动量和动能损失。

损失率小于5%即可认为是动量守恒的。

三、将两个钢圈换成两个尼龙搭扣，重复上述实验。

四、将尼龙搭扣换成非弹性碰撞器，重复上述实验。

【数据处理】
一、完全弹性碰撞实验数据
二一般非弹性碰撞实验数据三完全非弹性碰撞实验数据
【实验结论】
1 完全弹性碰撞
由实验数据可知，在完全弹性碰撞下系统内无机械能的损失，只产生机械能的转移，系统动量和机械能同时守恒。

2 一般非弹性碰撞
由实验数据知，在非弹性力的作用下，系统的一部分机械能转化为物体的内能机械能存在损失，机械能不守恒。

但在允许误差范围内动量守恒。

3 完全非弹性碰撞
由实验数据可知，当相互作用力是完全非弹性力，此时机械能向内能的转化最大，机械能的损失最大，机械能不守恒，但此过程中动量守恒。

【思考题】
1、碰撞前后系统总动量不相等，试分析其原因。

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。