碰撞打靶.doc

碰撞打靶实验【实验目的】物体间的碰撞是自然界中普遍存在的现象,从宏观物体的碰撞到微观物体的粒子碰撞都是物理学中极其重要的研究课题。本实验通过两个物体的碰撞,碰撞前的单摆运动以及碰撞后的平抛运动,应用已学到的力学定律去解决打靶的实际问题,从而更深入地了解力学原理,有利于提高分析问题、解决问题的能力。【实验原理】:指两运动物体相互接触时,运动状态发生迅速变化的现象。“正碰”是指两碰撞物体的速度都沿着它们质心连线方向的碰撞;其他碰撞则为“斜碰”。:两物体碰撞前后的总动量不变。:将物体用一定的初速度沿水平方向抛出,在不计空气阻力的情况下,物体所作的运动称平抛运动,运动学方程为,(式中是从抛出开始计算的时间,是物体在时间内水平方向的移动距离,是物体在该时间内竖直下落的距离,是重力加速度)。,质量为的物体在被提高距离后,其势能增加了。,其动能为。:任何物体系统在势能和动能相互转化过程中,若合外力对该物体系统所做的功为零,内力都是保守力(无耗散力),则物体系统的总机械能(即势能和动能的总和)保持恒定不变。:在碰撞过程中没有机械能损失的碰撞。:碰撞过程中的机械能不守恒,其中一部分转化为非机械能(如热能)。【实验仪器】碰撞打靶实验仪如图1所示,它由导轨、单摆、升降架(上有小电磁铁,可控断通)、被撞小球及载球支柱,靶盒等组成。载球立柱上端为圆锥形平头状,减小钢球与支柱接触面积,在小钢球受击运动时,减少摩擦力做功。支柱具有弱磁性,以保证小钢球质心沿着支柱中心位置。升降架上装有可上下升降的磁场方向与立柱平行的电磁铁,立柱上的有刻度尺及读数指示移动标志。仪器上电磁铁磁场中心位置、单摆小球(钢球)质心与被碰撞小球质心在碰撞前后处于同一平面内。由于事前两球质心被调节成离导轨同一高度。所以,一旦切断电磁铁电源,被吸单摆小球将自由下摆,并能正中地与被击球碰撞。被击球将作平抛运动。最终落到贴有目标靶的金属盒内。小球质量可用电子天平称量。x1x2y1图1 【实验内容与步骤】观察电磁铁电源切断时,单摆小球只受重力及空气阻力时运动情况,观察两球碰撞前后的运动状态,测量两球碰撞的能量损失。(一)观察两个相同质量钢球碰撞前后运动状态,测量碰撞前后的能量损失。,测出、,并据此算出撞击球的高度(预****时应自行推导出由和计算高度的公式),将实验数据记入表一。(直径和材料均与撞击相同)的质量,并以此也作为撞击球的质量。,如果不水平可调节“调节螺钉1”,使“导轨2”处于水平。移动“滑动15”至“摆球6”正下方。右手拧松“锁紧螺钉10”,同时左手调节“旋钮11”,使摆球对准“载球支柱14”并与之相切。然后拧紧“锁紧螺钉10”。“滑块15”此时在导轨上的刻度位置,并使“滑块15”向左移动一个距离,该距离应等于摆球半径加被撞球半径。然后利用滑块上的固定螺钉将滑块锁紧在导轨的该位置上。,使之能在摆动的最低点