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碰撞实验报告 实验目的： 用对心碰撞特例检验动量守恒定律 了解动量守恒和动能守恒的条件。 熟练地使用气垫导轨和数字毫秒器 实验用具： 气垫导轨及其附件，数字毫秒计，电子天平和游标卡尺等。 关于实验仪器的说明： 数字毫秒计： 计时2测量第一光电门两次挡光或第二光电门两次挡光的间隔时间。按取数键，可依次显示数据存储顺序及相应值。可以在显示存储值过程中按功能键以清楚存储数据。 气垫导轨： 气垫导轨利用导轨表面小孔喷出的压缩空气将滑块托起，在导轨和滑块之间形成一薄层空气膜。以气膜作润滑剂，就使滑块沿导轨的运动基本抵消了通常情况下的机械摩擦（又叫干摩擦）。在力学实验中，成为较好的“无摩擦”运动的理想模型，使力学问题更接近于理想状态。 操作时不要损伤导轨，不准磕碰、加压或震动。未接通气源时不准在轨面上移动滑块，以保证导轨有较好的平直度和光洁度。要保持轨面清洁。 导轨与其配套滑块是经过相互研磨而严密配合的，系配套使用，未经许可不得擅自交换。 滑块滑行时，所受阻力与滑行速度成正比，速度大则阻力越大。加之，速度太大滑块与导轨端面磕碰加剧，若不小心，则可导致滑块跌落变形，故滑行速度不宜过大。此外，滑行速度过小时，由于气流不稳，压力不均或外界空气对流等因素，又会使测量误差增大。所以，滑行速度也不宜选得太小。一般以30-60cm/s为宜。 在气轨上做任何实验，均需首先将导轨纵向调节水平。调节导轨水平的方法是调底角螺丝，判断导轨是否水平的方法有两种： 静态法：通气后，将滑块置于导轨的任何部位，若滑块相对静止，或略有左右晃动（即不产生定向滑动），则可认为气轨已被调节水平。 动态法：滑块在运行过程中，其挡光物通过两个光电门的遮光时间相同（前后通过光电门的时间不相差1ms即可），说明滑块在导轨上做匀速直线运动，则可认为气轨已被调平。调节时应该注意：在何种速度下做实验，就应该在该速度附近调平，而且调节时滑块的运动方向亦应与实验时所选滑块的运动方向一致。 实验原理： 1.验证动量守恒定律 动量守恒定律指出：若一个物体所受合外力为0，则物体的总动量保持不变；若物体所受合外力在某个方向的分量为0，则此物体系的总动量在该方向的分量守恒。 设在平直导轨上，两个滑块作对心碰撞，若忽略空气阻力，则在水平方向上就满足动量守恒定律成立的条件，即碰撞前后的总动量保持不变。 m 其中，u,v分别表示对应两滑块在碰撞前后的速度。若分别测出式（1）中各量，且等式左右两边相等，则动量守恒定律得以验证。 2.碰撞后的动能损失： 只要满足动量守恒律成立的条件，不论弹性碰撞还是非弹性碰撞，总动量将守恒。但动能在碰撞过程中是否守恒，还将与碰撞的性质有关。碰撞的性质通常用恢复系数e来表达： ? 其中，v2-v （1）若相互碰撞的物体为弹性材料，碰撞后的物体的形变得以完全恢复，则物体系的总动能保持不变，碰撞后两物体的相对速度等于碰撞前两物体的相对速度，即v2-v （2）若碰撞物体具有一定的塑性，碰撞后尚有部分形变残留，则物体系的总动能有所损耗，转变为其他形式的能量，碰撞后两物体的相对速度小于碰撞前的相对速度，即0v2-v （3）碰撞后两物体的相对速度为0，即v2-v1=0 三类碰撞过程中总动量均守恒，但总动能却有不同情况。由式（1）和式（2）渴求碰撞后的动能损失ΔEk=1∕2m1m21-?2u1-u22∕m1+m 3. m1=m 对完全弹性碰撞，e=1，式（1）和式（2）的解为v2=u1 以上讨论时理想化的模型。若两滑块质量不严格相等、两遮光物的有效遮光宽度Δs1，Δs E 动能百分差E2 E 若E1 对于完全非弹性碰撞，式（1）和式（2）的解为v2=v1≡v= 考虑到完全非弹性碰撞时可采用同一遮挡物遮光，即有Δs2 E E 显然，其动能损失的百分误差则为 E 若E1、 实验操作 用动态法调平导轨，使滑块在选定的运动方向上做匀速运动，以保证碰撞时合外力约为零的条件 用电子天平检验两滑块（连同遮光物的质量m1、m 用游标卡尺测出两挡光物的有效遮光宽度Δ 在m1=m2≡m的条件下，测完全弹性和完全非弹性碰撞前后两滑块各自通过光电门的时间Δt 注意事项： 严格按照气垫导轨操作规则，维护气垫导轨。 实验中应保证u2=0的条件，为此，在第一滑块未到达之前，先用手轻扶滑块2，使滑块1和滑块 给滑块1速度时要平稳，不应使滑块产生摆动；挡光框平面应与滑块运动方向一致，且其遮光边缘应与滑块运动方向垂直 严格遵守电子天平的操作规则 挡光框与滑块之间应固定牢固，防止碰撞时相对位置发生改变，影响测量精度。 数据处理 实验测得两滑块质量相等m 实验测得三次有效宽度相同，均为Δ 则实验中，（3）（4）（5）（7）式均可化简为： E E E E 下附弹性碰撞和完全非弹性碰撞的两次滑块通过光电门的时间表 其中 u,v 次数 完全弹