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文檔簡介
O二一年七月二十九日O二一年七月二十九日大學(xué)物理仿真試驗之老陽三干創(chuàng)作時間:二時間:二O二一年七月二十九日——碰撞與動量守恒實驗報告一、試驗簡介:動量守恒定律和能量守恒定律在物理學(xué)中占有很是重要的地位.力學(xué)中的運動定理和守恒定律最初是沖牛頓定律導(dǎo)出來的,在現(xiàn)代物理學(xué)所爭論的領(lǐng)域中存在很多牛頓定律不適用的狀況,例如高速運動物體或微不雅領(lǐng)域中粒子的運動規(guī)律和相互作用等,但是能量守恒定律仍舊有效.因此,能量守恒定律成為了比牛頓定律更加普遍適用的定律.本試驗的目的是利用氣墊導(dǎo)軌爭論一維碰撞的三種狀況,驗證動量守恒和能量守恒定律.定量爭論動量損失和能量損失在工程技術(shù)中有重要意義.同時通過試驗還可提高誤差闡發(fā)的力量.二、試驗內(nèi)容:爭論三種碰撞狀態(tài)下的守恒定律取兩滑塊m1、m2,且m1>m2,用物理天平稱m1、m2的質(zhì)量〔包含擋光片〕.將兩滑塊區(qū)分裝上彈簧鋼圈,滑塊m2電門之間〔兩光電門距離不成太遠〕,使其靜止,用m1m2,區(qū)分登記m1通過第一個光電門的時間Δt10時間Δt1,m2Δt2,重復(fù)五次,記錄所測數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)表格自擬,計算.區(qū)分在兩滑塊上換上尼龍搭扣,重復(fù)上述丈量和計算.區(qū)分在兩滑塊上換上金屬碰撞器,重復(fù)上述丈量和計算.2.驗證機械能守恒定律a=0時,丈量m、m’、me、s、v1、v2,計算勢能增量mgs和動能增量,重復(fù)五次丈量,數(shù)據(jù)表格自擬.時,〔馬上導(dǎo)軌一端墊起一固定高度h,重復(fù)以上丈量.三、試驗原理:假設(shè)一個力學(xué)系統(tǒng)所受合外力為零或在某標的目的上的合外力為零,則該力學(xué)系統(tǒng)總動量守恒或在某標的目的上守恒,即〔1〕試驗中用兩個質(zhì)量區(qū)分為m1、m2〔4.1.2-1〕,假設(shè)無視氣流阻力,依據(jù)動量守恒有〔2〕對于完全彈性碰撞,要求兩個滑行器的碰撞面有用彈性良好的彈簧組成的緩沖器,我們可用鋼圈作完全彈性碰撞器;對于完全非彈性碰撞,碰撞面可用尼龍搭扣、橡皮泥或油灰;一般非彈性碰撞用一般金屬如合金、鐵等,無論哪種碰撞面,必需包管是對心碰撞.當兩滑塊在水平的導(dǎo)軌上作對心碰撞時,無視氣流阻力,且不受他任何水平標的目的外力的影響,因此這兩個滑塊組成的力學(xué)系統(tǒng)在水平標的目的動量守恒.由于滑塊作一維運動,式〔2〕中矢量v可改成標量,的標的目的由正負號打算,假設(shè)與所選取的坐標軸標的目的一樣則取正號,反之,則取負號.1.完全彈性碰撞完全彈性碰撞的標記是碰撞前后動量守恒,動能也守恒,即〔3〕〔4〕由〔3〕、〔4〕兩式可解得碰撞后的速度為假設(shè)v20=0,則有
〔5〕〔6〕動量損失率為
〔7〕〔8〕〔9〕能量損失率為〔10〕理論上,動量損失和能量損失都為零,但在試驗中,由于空氣阻力和氣墊導(dǎo)軌自己的緣由,不成能完全為零,但在肯定誤差規(guī)模內(nèi)可認為是守恒的.10撞.在完全非彈性碰撞中,系統(tǒng)動量守恒,動能不守恒. 在試驗中,讓v20=0,則有 〔12〕 動量損失率 動能損失率 3.一般非彈性碰撞一般狀況下,碰撞后,一局部機械能將轉(zhuǎn)變成其他形式的能量,機械能守恒在此狀況已不適用.牛頓總結(jié)試驗結(jié)果并提出碰撞定律:碰撞后兩物體的別離速度比值稱為恢復(fù)系數(shù),即
與碰撞前兩物體的接近速度成正比,〔16〕恢復(fù)系數(shù)e.E0<e<1,當e=1e=0假設(shè)一個力學(xué)系統(tǒng)只有守舊力做功,其他內(nèi)力和一切外力都不作4.1.2-2塊,使導(dǎo)軌與水平面成α角,把質(zhì)量為m質(zhì)量m’的滑塊相連,滑輪的等效質(zhì)量為me,依據(jù)機械能守恒定律,有〔17〕式中s為砝碼m,v1和v2區(qū)分為滑塊通過s始末速度.假設(shè)將導(dǎo)軌調(diào)成水平,則有 〔18〕在無任何非守舊力對系統(tǒng)作功時,系統(tǒng)機械能守恒.但在試驗中存在耗散力,如空氣阻力和滑輪的摩擦力等作功,使機械能有損失,但在肯定誤差規(guī)模內(nèi)可認為機械能是守恒的.四、試驗儀器及使用方法:1、氣墊導(dǎo)軌裝置:主要由氣軌、氣源、滑塊、擋光片、光電門、游標卡尺、米尺和光電計時裝置等.運用本試驗儀器可做多種試驗,比方平均速度和瞬時速度、勻速直線運動的爭論、牛頓其次定律的驗證、完全非彈性碰撞、非完全彈性碰撞、重力勢能與平動動能等.氣墊導(dǎo)軌是以空氣作為潤滑劑,近似無摩擦的力學(xué)試驗裝置.導(dǎo)軌由優(yōu)質(zhì)三角鋁合金管束成,長約2m,7cm,管腔約18.25cm,一端密封,一端通入壓縮空氣.鋁管向上的兩個外概略鉆有很多噴氣小孔,壓縮空氣進入管腔后,從小孔噴出.導(dǎo)軌的一端裝有滑輪,導(dǎo)軌的二端裝有緩沖彈簧,整個導(dǎo)軌裝置在工字梁上,梁下有三個支腳,調(diào)整支腳螺絲使氣墊堅持水平.2、滑塊和擋光片:滑塊實行特制的帶有五條細螺紋槽的人字型鋁合金,便于裝置各類附件,下概略與氣軌相吻合,碰撞中心在質(zhì)心平面內(nèi).擋光片的構(gòu)造分長方型和U3、滑塊的接觸面:不合的接觸面導(dǎo)致不合的碰撞效果.4、光電門:光電計時系統(tǒng)由光電門和數(shù)字毫秒計或電腦計時器組成.光電門裝置在氣軌上,時間由數(shù)字毫秒計或電腦計時器丈量.5、電腦計時器6、氣源:氣源是向氣墊導(dǎo)軌管腔內(nèi)輸送壓縮空氣的設(shè)備.要求氣源有氣流量大、供氣穩(wěn)定、噪音小、能連續(xù)任務(wù)的特點,一般試驗室實行小型氣源,氣墊導(dǎo)軌的進氣口用橡皮管和氣源相連,進入導(dǎo)軌內(nèi)的壓縮空氣,由導(dǎo)軌概略上的小孔噴出,從而托浮起滑塊,托起的高度一般在0.1mm五、試驗數(shù)據(jù)記錄與處理:1、完全彈性碰撞:2、一般彈性碰撞:3、完全非彈性碰撞:六、試驗結(jié)果及誤差闡發(fā):結(jié)果:在誤差允許規(guī)模內(nèi),三種碰撞根本適宜動量守恒規(guī)律.E值在試驗測定,當e=1e=0非彈性碰撞,0<e<1誤差闡發(fā):2、另外可能氣墊導(dǎo)軌未真正調(diào)平,使一局部重力做功,影響了試驗的準確性.3、試驗儀器的準確度未到達要求.七、思考題:1、碰撞前后系統(tǒng)總動量不相等,試闡發(fā)其緣由.答:由于試驗中,物塊在滑動時,受到一些摩擦力,產(chǎn)生試驗誤差,另外可能氣墊導(dǎo)軌未真正調(diào)平,使一局部重力做功,影響了試驗的準確性,導(dǎo)致了系統(tǒng)總動量不守恒.2、恢復(fù)系數(shù)e答:取決于碰撞接觸面的特性,碰撞物體的質(zhì)料.3、你還能想出驗證機械能守恒
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