碰撞打靶實驗

設(shè)計性實驗碰撞打靶實驗趙家群講師理學(xué)院物理實驗中心

基本知識1.碰撞：指兩物體相互接觸時，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.彈性碰撞：在碰撞過程中沒有機械能損失的碰撞。3.非彈性碰撞：碰撞過程中，形變不能恢復(fù)，機械能不守恒，其中一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能（熱能）。4.平拋運動：將物體用一定的初速度沿水平方向拋出，在不計空氣阻力的情況下，物體所作的運動稱為平拋運動。5.動量守恒定律：一個系統(tǒng)不受外力或所受外力之和為零，這個系統(tǒng)的總動量保持不變，這個結(jié)論叫做動量守恒定律。

6.機械能的轉(zhuǎn)化和守恒定律：合外力對物體沒有做功和所做的功為零。物體在勢能和動能相互轉(zhuǎn)化過程中，物體的總機械能（即勢能和動能總和）保持不變。設(shè)計目的

物體間的碰撞是自然界中普遍存在的現(xiàn)象；單擺運動和平拋運動是運動學(xué)中的基本內(nèi)容；能量守恒與動量守恒是力學(xué)中的重要概念。本實驗研究兩個球體的碰撞及碰撞前后的單擺運動和平拋運動，應(yīng)用已學(xué)到的力學(xué)定律去解決打靶的實際問題；特別是從理論分析與實踐結(jié)果的差別上，研究實驗過程中能量損失的來源，自行設(shè)計實驗來分析各種損失的相對大小，從而更深入地理解力學(xué)原理，并提高分析問題、解決問題的能力。

實驗裝置鐵球的質(zhì)量：28.21g；銅球的質(zhì)量：30.34g鋁球的質(zhì)量：10.10g；撞擊球質(zhì)量：28.21g

撞擊球球的直徑均為：19.00mm設(shè)計原理xh假設(shè)撞擊球的質(zhì)量為M，被撞球的質(zhì)量為m，單擺向下運動的過程有:兩球相碰的瞬間，據(jù)動量守恒有:被撞球被撞擊后做平拋運動，假設(shè)下落的時間為，有

由以上公式得：由能量守恒有

設(shè)計要求1.確定靶的位置x0（15.00至20.00cm之間的某一個整數(shù)）以及球的高度y0（11.00至13.00cm之間的某一個整數(shù)），計算若無能量損失時撞擊球的初始高度理想值h0。2.在h0高度進行打靶實驗，根據(jù)被撞擊球的落點調(diào)整h值，使被撞擊球盡可能擊中靶心。3.再進行四次打靶實驗，記錄每次打靶的h值和x值實驗數(shù)據(jù)；據(jù)其中最接近靶心的一組數(shù)據(jù)計算碰撞過程前后機械能的總損失為多少。4.分析能量損失來源3.調(diào)節(jié)圖中升降臺的高度y，用氣泡水準(zhǔn)儀調(diào)儀器水平，此時升降桿上面可以穩(wěn)定放置被撞擊球，若難以放置可微調(diào)水平。4.調(diào)節(jié)圖中繩栓部件，使兩根系繩的有效長度相等，系繩點在兩立柱上的高度相同。5.調(diào)節(jié)圖中水平移動直尺，使撞擊球的系繩恰好拉直，而球被吸住于電磁鐵上。6.放置好實驗靶心，按電磁鐵斷電按鈕實驗碰撞打靶。7.調(diào)節(jié)圖中升降架的高度h，實驗中可改變h值，記錄接近靶心的x和h

。能量損失分析1.小球運動過程中受到空氣阻力作用。2.兩球相碰時，并非完全彈性碰撞，有一部份能量損失。3.