碰撞打靶实验仪的改进.docx

2016—2017学年第一学期
碰撞打靶试验仪的改进

学校名称: 沈阳科技学院
专业班级: 生物工程1501
学生姓名及学号:
胡慧敏 154320126
侯泽宇 154320127
姚浩雅 154320128
王帅鑫 154320134



指导教师: 韩晓静
碰撞打靶试验仪的改进
关键字:碰撞;打靶;能量损失
摘要:介绍碰撞打靶试验仪在力学实验中的应用
引言
物体间的碰撞是自然界中普遍存在的现象,从宏观物体的天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。本实验通过两个球体的碰撞、碰撞前的单摆运动以及碰撞后的平抛运动,应用力学定律解决问题,从而更深入地了解力学原理,并探讨碰撞中能量损失的诸方面的原因,是一个较好的设计性研究性物理实验。
二、设计原理
假设撞击球的质量为M,被撞球的质量为m,单摆向下运动的过程有:

两球相碰的瞬间,据动量守恒有:

由能量守恒有:

被撞球被撞击后做平抛运动,假设下落的时间为t,有:

由以上公式得:


三、演示实验
(一)实验目的
通过实验研究单摆运动、碰撞和平抛运动规律;研究机械能守恒、动量守恒条件;分析理论和实际的差异并探讨减少这种差异的方法;培养学生在解
决实际问题过程中,利用定性和半定量的方法选取实验方法、设计实验方案和选择实验装置的能力;通过调节实验装置,记录与分析试验数据,加深学生对机械能守恒定律和动量守恒定律的理解。
(二)实验原理
:指两物体相互接触时,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”。)
:在碰撞过程中没有机械能损失的碰撞。
: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)。
: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,物体所作的运动称为平抛运动。
:一个系统不受外力或所受外力之和为零,这个系统的总动量保持不变,这个结论叫做动量守恒定律。
: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。
(三)实验仪器
:
碰撞打靶试验仪由底盘、升降式立柱、小铁球、双线摆、带有升降架的电磁铁、滑槽、触摸板计时器、重力感应测距板等组成。底盘是一个内凹是盒体,使整个仪器的基板,有不让球滚出去的功能,它有三个螺丝用以调节水平。
底盘的中央,是一个升降台,升降台包括圆柱形的外套、空心内柱和接触感应盘及固定螺丝钉四个部分,其内柱可以在外套中自由升降,确定合适的高度后,再用固定螺丝把它固定,实验时被撞球放在内柱顶端的接触感应盘上。盘面光滑,以减少摩擦。
底盘的右侧,有两条滑槽,可供其上的竖尺在水平方向上的移动,竖尺的零点与升降台的零点在一条水平线上,竖尺上有一个升降架,可在尺上升降。升降架上有一块小电磁铁,实验时,用细绳挂在杆上的撞击球被吸在磁铁下,操作时
切断接通磁铁的电源,即可使撞击球自由下摆并撞击到被撞击球上。
底盘的左侧,放有触摸板计时器、重力感应测距板,重力感应测距板的零点与升降台的中心在同一条水平线上,计时器和测距板均与小电脑相连接,计时器的感应膜附着在重力感应测距板上。并且左边放有一张靶纸,撞击球以双线摆运动的形式撞击被撞球,然后被撞球以平抛运动落在底盘的靶纸上。小电脑能够精确显示小球从感应盘离开到撞击靶点的时间以及撞击点到零点的距离。
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四、实验内容
。
(直径和材料均与被撞击球相同)的质量为M,被撞击球的质量为m。
步骤3. 推导出被撞球的高度h0和靶心位置x的函数关系式,其推导过程如下:
能量定理: (1)
式中M是撞击球的质量,g是重力加速度,h0是撞击球的高度,y是被撞球的高度,v1是撞击球撞击时的速度。
动量定理: (2)
由能量守恒有: (3)
V3是碰撞后撞击球的速度,v2是碰撞后被撞球的速度
平抛运动: (4)
t是两球碰撞时刻到被碰撞球击中靶心位置的时间(触摸感应计时)。
由以上(1)~(4)式解得出(5)式(5)
如M=m,(5)式可化简为
,使其在摆动至最低点和被撞球进行正碰。碰撞瞬间侧面如图:
,选取某一合适位置贴上靶纸,以靶心为中心确定X值,并以X值为依据确定被撞球h0的高度,调节升降台的高度