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碰撞碰撞打靶打靶设计型实验设计型实验 1 一、实验目的、意义和要求二、实验原理三、实验室可提供的主要器材四、实验内容和要求五、实验步骤 2一、实验目的、意义和要求一、实验目的、意义和要求物体间的碰撞是自然界中普遍存在的现象; 单摆运动和平抛运动是运动学中的基本内容;能量守恒与动量守恒是力学中的重要概念。本实验研究两个球体的碰撞及碰撞前后的单摆运动和平抛运动,应用已学到的力学定律去解决打靶的实际问题;特别是从理论分析与实践结果的差别上, 研究实验过程中能量损失的来源,自行设计实验来分析各种损失的相对大小,从而更深入地理解力学原理,并提高分析问题、解决问题的能力。 3二、实验原理二、实验原理 x hy 4 弹性碰撞:在碰撞过程中没有机械能损失的碰撞。非弹性碰撞:碰撞过程中,形变不能恢复,机械能不守恒,其中一部分转化为内能(热能)。碰撞:指两物体相互接触时,运动状态发生迅速变化的现象。平抛运动:将物体用一定的初速度 V0沿水平方向抛出,在不计空气阻力的情况下,物体所作的运动称为平抛运动,运动的轨迹为、 y=( 其中 t 是从抛出开始计算的时间; x是物体内水平方向的移动距离。 Y是物体在该时间内竖直下落的距离, g是重力加速度。) 5 在重力场中,质量为 m的物体,被提高 h距离后, 其势能 m增加为。质量为 m的物体以速度 v运动时,其动能为。机械能的转化和守恒定律:合外力对物体没有做功和所做的功为零。物体在势能和动能相互转化过程中,物体的总机械能(即势能和动能总和)保持不变。 mgh E p? 22 1 mv E k?6三、实验室可提供的主要器材三、实验室可提供的主要器材 78 一、“碰撞打靶”装置(如图 1所示)。用两细绳挂在两杆上的铁质“撞击球”被吸在升降架上的电磁铁下;与撞击球质量直径都相同的“被撞球”放在升降台上。升降台和升降架可自由调节其高度。可在滑槽内横向移动的竖尺和固定的横尺用以测量撞击球的高度 h、被撞球的高度 y和靶心与被撞球的横向距离 x; 二、不同材料的撞击球、被撞球; 三、游标卡尺、钢尺等. 9四、实验内容和要求四、实验内容和要求 ,计算若无能量损失时撞击球初始高度理想值 h0(要求切断电磁铁的电源时, 撞击球下落与被撞球相碰撞,使被撞球击中靶心)。 ,确定实际击中的位置(考虑如何确定? 提示:可在靶纸放一张复写纸,被撞球落下处会留下痕迹。);根据此位置,计算 h值应移动多少才可真正击中靶心。 ,确定实际击中靶心时的 h值;据此计算碰撞过程前后机械能的总损失为多少。 10