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碰撞实验实验报告
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碰撞实验实验报告
篇一：
碰撞实验报告
西安交通大学高级物理实验报告
课程名称：
高级物理实验实验名称：
碰撞实验
系别：
实验日期：
20XX年12月2日
姓名：
班级：
学号：
第1页共12页
实验名称：
碰撞实验
一、实验目的
1．设计不同实验验证一系列的力学定律；
2．熟悉实验数据处理软件datastudio的应用。
二、实验原理
1.动量守恒定理：
若作用在质点系上的所有外力的矢量和为零，则该质点系的动量保持不变。
即：
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=?
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根据该定理，我们将两个相互碰撞的小车看作一个质点系时，由于在忽略各种摩擦阻力的情况下外力矢量和为零，所以两个小车的动量之和应该始终不变。
2.动量定理：
物体在某段时间内的动量增量，等于作用在物体上的合力在同一时间内的冲量。
即：
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2?
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1=?
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?
1?
?
2
其中F在?
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1到?
?
2内的积分，根据积分的几何意义可以用F-t曲线与坐标轴的面积来计算。
3.机械能守恒定理：
在仅有保守力做功的情况下，动能和时能可以相互转化，但是动能和势能的总和保持不变。
在质点系中，若没有势能的变化，若无外力作用则质点系动能守恒。
4.弹簧的劲度系数：
由胡克定律：
F=kx
在得到F随x变化关系的情况下就可以根据曲线斜率计算出劲度系数。
5.碰撞：
碰撞可以分为完全弹性碰撞、完全非弹性碰撞和非完全弹性碰撞。
完全弹性碰撞满足机械能守恒定律和动量守恒定律，完全非弹性碰撞和非完全弹性碰撞则只满足动量守恒定律而不满足机械能守恒定律。
三、实验设计
1.摩擦力的测量：
给小车一初速度使之在调节为水平的轨道上运动，同时记录其运动过程中的速度随时间变化图。
用直线拟合所得到的v-t图像，所得斜率即为加速度a，进而可得小车所受摩擦力为f=ma,并有小车与导轨之间的滚动摩擦因数为μ=a/g。
2.胡克定律测量弹性系数：
使小车运动并撞向弹簧（注意速度不应太大以免直接撞到弹簧后边的传感器），记录该过程中弹簧弹力随小车位移的变化图线。
由于相撞过程中小车位移与弹簧保持一致，所以求得相撞阶段F-x图像的斜率△F/△x即为弹簧劲度系数。
3.验证动量定理
仍然给小车一初速度，让小车撞向弹簧，记录相撞过程中弹簧弹力随时间的变化图线和小车速度随时间的变化图。
根据F-t图求其在碰撞过程中积分即为冲量?
?
2?
?
?
?
?
?
，而动量变化量则可由碰撞前后的速度变化量与质量相乘求1?
?
得m△v。
4.验证机械能守恒定理和动量守恒定理
（1）爆炸：
（动量守恒）
两小车连接在一起，突然间将二者弹开，使二者获得相反的速度运动。
记录二者运动速度随时间的变化曲线。
其中让一个小车运动经过弹簧反弹从而使得两小车同向运动比较其运动速度。
（2）非完全弹性碰撞：
（动量守恒，机械能不守恒）
给两个小车相向的速度，使它们相撞，相撞端内置磁铁使它们相互吸引，由于磁铁引力有限二者又各自弹开反向运动。
记录二者的速度随时间变化图，可以计算前后的动量和动能。
（3）以下三个是机械能守恒和动量守恒的验证：
由于在这里只分析小车之间的碰撞，不涉及势能的变化，所以机械能守恒表现为动能守恒。
①两小车质量基本相等一个运动小车撞一个静止小车：
两小车一个静止一个运动，二者质量基本相等。
让运动的小车A撞静止的小车b，然后二者交换速度，b运动而A静止。
b撞到弹簧后返回又撞到静止的A，于是再次交换速度，b静止而A运动。
记录二者运动速度关于时间的图线，可以验证每次发生碰撞时动量与动能是否守恒。
②大质量运动碰小质量静止：
两小车质量差异较大，大质量小车A，小质量小车b。
b静止而A运动，A撞到b之后，A以较小速度继续原方向运动，b以较大速度开始运动，b撞到弹簧后返回再次撞到A，A反向运动，b再次改变方向朝弹簧运动并再次撞到弹簧。
这几次碰撞过程中都应该遵守动量守恒和动能守恒。
记录两小车的速度随时间的变化即可验证。
③同时反向运动质量基本相等相撞：
同时推动两质量基本相等的小车相向运动，相撞之后二者基本上速度交换。
记录二者的速度随时间的变化曲线即可验证动能守恒和动量守恒。
四、实验数据及其处理
（一）基本实验数据：
以下数据是实验中用到的器材的基本参数
铁棒1：
?
?
1=495.44g
铁棒2：
?
?
2=492.85g
小车A：
?
?
?
?
=502.48g
小车b：
?
?
?
?
=519.64g
（二）实验具体内容及数据：
1.摩擦力的测量：
小车质量为?
?
?
?
=502.48g，
记录v-t图像如下所示（其中v为小车以一定初速度只受摩擦力运动的速度）：
用线性拟合方法分析小车只受摩擦力运动区段的图线，由图可知，加速度大小为
a=0.0153±0.00026（m/?
?
2）≈0.0153m/?
?
2，
∴摩擦力f=a·m=0.0153×502.48×10?
3n=7.69×10?
3?
?
滚动摩擦因数μ=a/g=0.0153/9.8≈1.56×10?
3
2.弹簧劲度系数的测量：
弹簧弹力随小车位移变化曲线如图所示：
用线性拟合方法分析曲线上弹簧形变增加阶段可得其斜率
测量结果为?
?
1=406±9.1（n/m），即为劲度系数。
3.验证动量定理：
该实验中小车A与铁棒1共同运动，质量为?
?
?
?
+?
?
1=
495.44g+502.48g=997.92g，
测得曲线如下，其中上部图v为小车速度，F为弹簧弹力：
由曲线可知，碰撞过程中弹簧弹力的冲量为?
?
2?
?
?
?
?
?
=0.76（n·m），小车速度1?
?
变化量△v=0.59m/s,得动量变化量：
m△v=0.59×0.998=0.589（n·m）
百分误差为22.5%.
实验测得的动量与冲量的差值还是不小的。
产生误差的原因分析见第五部分。
4.验证机械能守恒定律和动量守恒定律：
（1）“爆炸”验证动量守恒定律：
小车A与小车b均不负重，质量：
?
?
?
?
=502.48g，?
?
?
?
=519.64g
实验所得曲线如下图，其中绿色为小车A运动曲线，红色为小车b运动曲线：
篇二：
碰撞与动量守恒实验报告
大学物理仿真实验
——碰撞与动量守恒
实验报告
一、实验简介：
动量守恒定律和能量守恒定律在物理学中占有非常重要的地位。
力学中的运动定理
和守恒定律最初是冲牛顿定律导出来的，在现代物理学所研究的领域中存在很多牛顿定律不适用的情况，例如高速运动物体或微观领域中粒子的运动规律和相互作用等，但是能量守恒定律仍然有效。
因此，能量守恒定律成为了比牛顿定律更为普遍适用的定律。
本实验的目的是利用气垫导轨研究一维碰撞的三种情况，验证动量守恒和能量守恒定律。
定量研究动量损失和能量损失在工程技术中有重要意义。
同时通过实验还可提高误差分析的能力。
二、实验内容：
1．研究三种碰撞状态下的守恒定律
（1）取两滑块m1、m2，且m1>m2，用物理天平称m1、m2的质量（包括挡光片）。
将
两滑块分别装上弹簧钢圈，滑块m2置于两光电门之间（两光电门距离不可太远），使其静止，用m1碰m2，分别记下m1通过第一个光电门的时间Δt10和经过第二个光电门的时间Δt1，以及m2通过第二个光电门的时间Δt2，重复五次，记录所测数据，数据表格自
拟，计算、。
（2）分别在两滑块上换上尼龙搭扣，重复上述测量和计算。
（3）分别在两滑块上换上金属碰撞器，重复上述测量和计算。
2．验证机械能守恒定律
（1）a=0时，测量m、m’、me、s、v1、v2，计算势能增量mgs和动能增量
，重复五次测量，数据表格自拟。
（2）量。
时，（即将导轨一端垫起一固定高度h，），重复以上测
三、实验原理：
如果一个力学系统所受合外力为零或在某方向上的合外力为零，则该力学系统总动量守恒或在某方向上守恒，即
（1）
实验中用两个质量分别为m1、m2的滑块来碰撞（图4.1.2-1），若忽略气流阻力，
根据动量守恒有
（2）
对于完全弹性碰撞，要求两个滑行器的碰撞面有用弹性良好的弹簧组成的缓冲器，
我们可用钢圈作完全弹性碰撞器；对于完全非弹性碰撞，碰撞面可用尼龙搭扣、橡皮泥或油灰；一般非弹性碰撞用一般金属如合金、铁等，无论哪种碰撞面，必须保证是对心碰撞。
当两滑块在水平的导轨上作对心碰撞时，忽略气流阻力，且不受他任何水平方向外
力的影响，因此这两个滑块组成的力学系统在水平方向动量守恒。
由于滑块作一维运动，式
（2）中矢量v可改成标量，的方向由正负号决定，若与所选取的坐标轴方向相同则取正号，反之，则取负号。
1．完全弹性碰撞
完全弹性碰撞的标志是碰撞前后动量守恒，动能也守恒，即
（3）
（4）
由（3）、（4）两式可解得碰撞后的速度为
（5）
（6）
如果v20=0，则有
（7）
（8）
动量损失率为
（9）
能量损失率为
（10）
理论上，动量损失和能量损失都为零，但在实验中，由于空气阻力和气垫导轨本身
的原因，不可能完全为零，但在一定误差范围内可认为是守恒的。
2.完全非弹性碰撞
碰撞后，二滑块粘在一起以10同一速度运动，即为完全非弹性碰撞。
在完全非弹
性碰撞中，系统动量守恒，动能不守恒。
（11）
在实验中，让v20=0，则有
（12）
（13）
动量损失率
（14）
动能损失率
（15）
3．一般非弹性碰撞
一般情况下，碰撞后，一部分机械能将转变为其他形式的能量，机械能守恒在此情
况已不适用。
牛顿总结实验结果并提出碰撞定律：
碰撞后两物体的分离速度碰撞前两物体的接近速度成正比，比值称为恢复系数，即
与
（16）
篇三：
弹性碰撞演示实验实验报告
弹性碰撞演示实验实验报告
姓名：
杨倩倩学号：
11122290教师：
戴晔
[实验名称]弹性碰撞演示仪
[实验目的]
本次实验用于演示正碰撞和动量守恒定律，形象地显现弹性碰撞的情形。
[实验原理]
动量守恒定律m1v1+m2v2=m1v1`+m2v2`
由动量守恒定律可知,如果正碰撞的两球，碰前速度分别为v1和v2,碰撞后的速度分别为v1`和v2`,质量分别为m1和m2
[实验器材]
1、底座、支架、钢珠（七个，且大小、质量相等）拉线、调节螺丝
2、技术指标：
钢球质量：
m=7*0.2kg
直径：
d=7*35mm
拉线长度：
l=550mm
[实验操作与现象]
1、调整仪器，使得七个钢球的球心位于同一水平线上。
2、将仪器一端的一个钢球拉起来后，松手，则钢球（:
碰撞实验实验报告）正碰下一个钢球，末端的一个钢球弹起，继而，又碰下一个钢球，另一端的钢球弹起，循环不已，中间的五个不动。
3、拉起仪器一端的两个钢球重复上述操作，结果另一端的两个钢球弹起，中间的三个不动。
4、改变拉起钢球的数量重复上述操作，观察结果，每次会有另一端的相同数量的钢球弹起。
[注意事项]
操作前一定要使七个钢球的球心位于同一水平线上，否则现象不明显。
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