大学物理演示实验报告(1).docx

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1、大学物理演示实验报告弹性碰撞演示仪 本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。 根据动量守恒定律可知，如果正碰撞的两球，撞前速度分别为V10和V20,碰撞后的速度分别为V1和V2,质量分别为m1和m2 则 (1) 由碰撞定律可知： 若e=1时，则分离速度等于接近速度 解式和式可得： 若m1=m2=m;e=1则v1=0,v2=v10 即球1正碰球2时，球1静止，球2继续以V10的速度正碰球3，等等以此类推，实现动量的传递。 1、实验装置如实验原理图示： 1一底座 2支架 3钢球 4拉线 5调节螺丝 2、技术指标 钢球质量：m=70.2kg 直径：l=735mm 拉线长度：L=

2、55Omm l、将仪器置于水平桌面放好，调节螺丝，使七个钢球的球心在同一水平线上。 2、将一端的钢球拉起后，松手，则钢球正碰下一个钢球，末端的钢球弹起，继而，又碰下一个钢球，另一端的钢球弹起，循环不已，中间的五个钢球静止不动。但在一般情况下，两球碰撞时，总要损失一部分能量，故两端的钢球摆动的幅度将逐渐减弱。 操作前一定将七个钢球的球心调至同一水平线上，否则现象不明显。 在理想情况下，物体碰撞后，形变能够恢复，不发热、发声，没有动能损失，这种碰撞称为弹性碰撞，又称完全弹性碰撞。真正的弹性碰撞只在分子、原子以及更小的微粒之间才会出现。生活中，硬质木球或钢球发生碰撞时，动能的损失很小，可以忽略不计，

3、通常也将它们的碰撞看成弹性碰撞。 碰撞时动量守恒。当两物体质量相同时，互换速度。 完全弹性碰撞 完全非弹性碰撞 一、碰撞 1基本概念： 碰撞，一般是指两个或两个以上物体在运动中相互靠近，或发生接触时，在相对较短的时间内发生强烈相互作用的过程。 碰撞会使两个物体或其中的一个物体的运动状态发生明显的变化。 碰撞过程一般都非常复杂，难于对过程进行仔细分析。但由于我们通常只需要了解物体在碰撞前后运动状态的变化，而对发生碰撞的物体系来说，外力的作用又往往可以忽略，因而可以利用动量、角动量以及能量守恒定律对有关问题求解。 2特点： 1）碰撞时间极短 2）碰撞力很大，外力可以忽略不计，系统动量守恒 3）速度

4、要发生有限的改变，位移在碰撞前后可以忽略不计 3碰撞过程的分析： 讨论两个球的碰撞过程。碰撞过程可分为两个过程。开始碰撞时，两球相互挤压，发生形变，由形变产生的弹性恢复力使两球的速度发生变化，直到两球的速度变得相等为止。这时形变得到最大。这是碰撞的第一阶段，称为压缩阶段。此后，由于形变仍然存在，弹性恢复力继续作用，使两球速度改变而有相互脱离接触的趋势，两球压缩逐渐减小，直到两球脱离接触时为止。这是碰撞的第二阶段，称为恢复阶段。整个碰撞过程到此结束。 4分类：根据碰撞过程能量是否守恒 1）完全弹性碰撞：碰撞前后系统动能守恒； 2）非弹性碰撞：碰撞前后系统动能不守恒； 3）完全非弹性碰撞：碰撞后系

5、统以相同的速度运动。 二、完全弹性碰撞 在碰撞后，两物体的动能之和完全没有损失，这种碰撞叫做完全弹性碰撞。 解题要点：动量、动能守恒。 问题：两球m1，m2对心碰撞，碰撞前速度分别为 ，碰撞后速度变为 动量守恒 动能守恒 由 由 由(4)/(3) 或 即碰撞前两球相互趋近的相对速度v10-v20等于碰撞后两球相互分开的相对速度v2-v1。由、式可以解出： 讨论： l ，则 ， ，两球碰撞时交换速度 l ， 则 ， ， 反弹，即质量很大且原来静止的物体，在碰撞后仍保持不动，质量小的物体碰撞后速度等值反向。 l 若m2m1，且v20=0，则v1v10，v22v10，即一个质量很大的球体，当它的与质

6、量很小的球体相碰时，它的速度不发生显著的改变，但是质量很小的球却以近似于两倍于大球体的速度运动。 三、完全非弹性碰撞 如两物体在碰撞后以同一速度运动，这种碰撞叫做完全非弹性碰撞。 解题要点：动量守恒。 碰撞后系统以相同的速度运动 动量守恒 所以 动能损失为 四、非完全弹性碰撞 两物体碰撞时，由于非保守力作用，致使机械能转换为热能、声能、化学能等其他形式的能量，或者其他形式的能量转换为机械能，这种碰撞就叫做非弹性碰撞。 解题要点：动量守恒、能量守恒。 由于压缩后的物体不能完全恢复原状而有部分形变被保留下来，因此系统的动量守恒而动能不守恒。 实验表明，压缩后的恢复程度取决于碰撞物体的材料。牛顿总结

7、实验结果，提出碰撞定律：碰撞后两球的分离速度v 2-v1与碰撞前两球的接近速度v10-v20之比为以定值，比值由两球材料的性质决定。该比值称为恢复系数，用e表示，即 由上式可见：e=0，v2=v1，为完全非弹性碰撞； e=1，v2=v1= v10-v20，为完全弹性碰撞； 0e1，为非完全弹性碰撞。 例题：如图所示，质量为1kg的钢球，系在长为l=0.8m的绳子的一端，绳子的另一端固定。把绳子拉至水平位置后将球由静止释放，球在最低点与质量为5kg的钢块作完全弹性碰撞。求碰撞后钢球升高的高度。 解：本题分三个过程： 第一过程：钢球下落到最低点。以钢球和地球为系统，机械能守恒。以钢球在最低点为重力势能零点。 (1) 第二过程：钢球与钢块作完全弹性碰撞，以钢球和钢块为系统，动能和动量守恒。 (2) (3) 第三过程：钢球上升。以钢球和地球为系统，机械能守恒。以钢球在最低点为重力势能零点。 (4) 由(2)、(3)可得 (5) (6) (6)/(5)，得 代入(2) 因而 (7) (4)/(1)，得 (8) (7)代入(8) 代入数据，得