大學物理碰撞打靶實驗報告.doc

碰撞打靶實驗物體間的碰撞是自然界中普遍存在的的現(xiàn)象，從宏觀物體的一體碰撞到微觀物體的粒子碰撞都是物理學中極其重要的研究課題。本實驗通過兩個體的碰撞、碰撞前的單擺運動以及碰撞后的平拋運動，應(yīng)用已學到的力學定律去解決打靶的實際問題，從而更深入地了解力學原理，并提高分析問題、解決問題的能力。一 實驗原理1. 碰撞：指兩運動物體相互接觸時，運動狀態(tài)發(fā)生迅速變化的現(xiàn)象。正碰是指兩碰撞物體的速度都沿著它們質(zhì)心連線方向的碰撞；其他碰撞則為斜碰。2. 碰撞時的動量守恒：兩物體碰撞前后的總動量不變。3. 平拋運動：將物體用一定的初速度v0沿水平方向拋出，在不計空氣阻力的情況下，物體所作的運動稱平拋運動，運動學方程為，（式t中是從拋出開始計算的時間，x是物體在時間t內(nèi)水平方向的移動距離，y是物體在該時間內(nèi)豎直下落的距離，是重力加速度）4. 在重力場中，質(zhì)量為的物體在被提高距離后，其勢能增加了5. 質(zhì)量為m的物體以速度v運動時，其動能為6. 機械能的轉(zhuǎn)化和守恒定律：任何物體系統(tǒng)在勢能和動能相互轉(zhuǎn)化過程中，若合外力對該物體系統(tǒng)所做的功為零，內(nèi)力都是保守力（無耗散力），則物體系統(tǒng)的總機械能（即勢能和動能的總和）保持恒定不變。7. 彈性碰撞：在碰撞過程中沒有機械能損失的碰撞。8. 非彈性碰撞：碰撞過程中的機械能不守恒，其中一部分轉(zhuǎn)化為非機械能（如熱能）。二 實驗儀器碰撞打靶實驗儀如圖1所示，它由導軌、單擺、升降架（上有小電磁鐵，可控斷通）、被撞小球及載球支柱，靶盒等組成。載球立柱上端為錐形平頭狀，減小鋼球與支柱接觸面積，在小鋼球受擊運動時，減少摩擦力做功。支柱具有弱磁性，以保證小鋼球質(zhì)心沿著支柱中心位置。圖1 碰撞打靶實驗儀升降架上裝有可上下升降的磁場方向與桿平行的電磁鐵，桿上的有刻度尺及讀數(shù)指示移動標志。儀器上電磁鐵磁場中心位置、單擺小球（鋼球）質(zhì)心與被碰撞小球質(zhì)心在碰撞前后處于同一平面內(nèi)。由于事先二球質(zhì)心被調(diào)節(jié)成離導軌同一高度，所以，一旦切斷電磁鐵電源，被吸單擺小球?qū)⒆杂上聰[，并能正中地與被擊球碰撞。被擊球?qū)⒆髌綊佭\動，最終落到貼有目標靶的金屬盒內(nèi)。小球質(zhì)量可用電子天平稱衡。三 實驗內(nèi)容（一）必做內(nèi)容：1. 調(diào)整導軌水平，如果不水平可調(diào)節(jié)導軌上的兩只調(diào)節(jié)螺釘。2. 用電子天平測量被撞球（直徑和材料均與撞擊球相同）的質(zhì)量，并以此也作為撞擊球的質(zhì)量。3. 根據(jù)靶心的位置，測出，估計被撞球的高度，并據(jù)此算出撞擊球的高度0（預習時應(yīng)自行推導出由和計算高度0的公式）4. 通過繩來調(diào)節(jié)撞擊球的高低和左右，使之能在擺動的最低點和被撞球進行正碰。5. 把撞擊球吸在磁鐵下，調(diào)節(jié)升降架使它的高度為0，細繩拉直。6. 讓撞擊球撞擊被撞球，記下被撞球擊中靶紙的位置X。（可撞擊多次求平均），據(jù)此計算碰撞前后總的能量損失為多少？應(yīng)對撞擊球的高度作怎樣的調(diào)整，才可使擊中靶心？（預習時應(yīng)自行推導出由X和y，及計算高度差h-h0=Dh的公式）7. 對撞擊球的高度作調(diào)整后，再重復若干次試驗，以確定能擊中靶心的 h 值；被撞球擊中靶紙的位置后記下此 h 值。8. 觀察二小球在碰撞前后的運動狀態(tài)，分析碰撞前后各種能量損失的原因。（二）選做內(nèi)容：觀察兩個不同質(zhì)量鋼球碰撞前后運動狀態(tài)，測量碰撞前后的能量損失。用直徑、質(zhì)量都不同的被撞球，重復上述實驗，比較實驗結(jié)果并討論之。（注意：由于直徑不同，應(yīng)重新調(diào)節(jié)升降臺的高度，或重新調(diào)節(jié)細繩）四思考題 1. 如兩質(zhì)量不同的球有相同的動量，它們是否也具有相同的動能？如果不等，哪個動能大？2. 找出本實驗中，產(chǎn)生Dh 的各種原因（除計算錯誤和操作不當原因外）。3. 在質(zhì)量相同的兩球碰撞后，撞擊球的運動狀態(tài)與理論分析是否一致？這種現(xiàn)象說明了什么？4. 如果不放被撞球，撞擊球在擺動回來時能否達到原來的高度？這說明了什么？5. 此實驗中，繩的張力對小球是否做功？為什么？6. 定量導出本實驗中碰撞時傳遞的能量e和總能量 E的比ee/E與兩球質(zhì)量比m =m1/m2的關(guān)系。7. 本實驗中，球體不用金屬，用石蠟或軟木可以嗎？為什么？實驗原理：（要求同學們能夠自己推導有關(guān)計算公式，自行設(shè)計并畫出實驗原理圖）以下僅為參考：1撞擊球下擺至最低點過程，機械能守恒： （1） 2撞擊球與被撞球發(fā)生完全彈性碰撞（正碰），動量守恒： ， （2） 3被撞球以初始速率做平拋運動： (3)（1）、（2）、（3）式得： （4） 式中，為靶心位置，為被撞球的高度，為撞擊球與被撞球高度差的理