大学物理实验教案-验证动量守恒定律

实验名称：验证动量守恒定律实验目的：1．观察弹性碰撞和完全非弹性碰撞现象。2．验证碰撞过程中动量守恒和机械能守恒定律。实验仪器：气垫导轨（L-QG-T-1500/5.8）滑块电脑通用计数器（MUJ-ⅡB）电子天平游标卡尺气源尼龙粘胶带实验原理：当两滑块在水平的导轨上沿直线作对心碰撞时，若略去滑块运动过程中受到的粘滞性阻力和空气阻力，则两滑块在水平方向除受到碰撞时彼此相互作用的内力外，不受其它外力作用。故根据动量守恒定律，两滑块的总动量在碰撞前后保持不变。设如图12-1所示，滑块1和2的质量分别为1m和2m，碰撞前二滑块的速度分别为10v和20v，碰撞后的速度分别为1v和2v，则根据动量守恒定律有：2211202101vmvmvmvm(12-1)若写成标量形式为：2211202101vmvmvmvm(12-2)式中各速度均为代数值，各v值的正负号决定于速度的方向与所选取的坐标轴方向是否一致，这一点要特别注意。121v2vAB图12-110v12AB020v牛顿曾提出“弹性恢复系数”的概念，其定义为碰撞后的相对速度与碰撞前的相对速度的比值。一般称为恢复系数，用e表示，即：201012vvvve(12-3)当1e时为完全弹性碰撞，0e为完全非弹性碰撞，一般10e为弹性碰撞。气轨滑块上的碰撞弹簧是钢制的，e值与1，还是有差异的，因此在气轨上不能实现完全弹性碰撞。1．弹性碰撞取大小两个滑块)(21mm，将滑块2置于A、B光电门之间，使020v。推动滑块1以速度10v去撞滑块2，碰撞后速度分别为1v和2v，则：2211101vmvmvm(12-4)碰撞前后的动能的变化为：210122221121)(21vmvmvmEk(12-5)实际实验时，由于滑块运动受到一定的阻力，又由于导轨会有少许的弯曲，在A门测出的速度Av1，在B门测出的速度Bv1和Bv2，都和碰撞前后瞬间相应的速度有些差异，减少差异的办法之一，是尽可能缩短碰撞点到测速光电门间的距离。办法之二是进行速度修正。2.完全非弹性碰撞此时0e,将滑块2置于光电门AB间，而且020v，滑块1以速度10v去撞滑块2，碰撞后两滑块粘在一起以同一速度2v运动。为了实现此类碰撞，要在二滑块上加上尼龙胶带。碰撞前后的动量关系为：221101)(vmmvm(12-6)动能变化为：2101222121)(21vmvmmEk(12-7)实际实验时，由于滑块运动受到一定的阻力，又由于导轨会有少许的弯曲，在A门测出的速度Av1，在B门测出的速度Bv1和Bv2，都和碰撞前后瞬间相应的速度有些差异，减少差异的办法之一，是尽可能缩短碰撞点到测速光电门间的距离。办法之二是进行速度修正。实验内容1、接上气源及电脑计时器电源线，打开电源开关。2、用纱布沾少许酒精擦拭轨面（在供气时）和滑块表面，用薄纸片小条检查气孔有否堵塞。3、检查计时系统（1）选择计时1S功能和ms档；调节光电门的螺丝，便光电门与导轨垂直；来回滑动滑块，看是否能顺畅通过两个光电门；（2）用U型挡光片遮光，观察显示计数是否正常；4、调平气轨，检查滑块碰撞弹簧，保证对心碰撞5、弹性碰撞适当安置光电门A、B的位置（cmAB30），使能顺序测出三个速度1011tdvA（滑块1通过A门的速度）、222tdvB（滑块2在B门的速度）、111tdvB（滑块1在B门的速度）并在可能的条件下，使A、B的距离小些．每次碰撞时，要使020v，速度scmv/6010左右，碰撞次数6～10次。6、完全非弹性碰撞在二滑块的相对的碰撞面上加上尼龙胶带(碰撞弹簧要移开)，进行碰撞，仍然使020v，速度scmv/6010左右，碰撞次数6～10次，测出碰前1011tdvA（滑块1通过A门的速度）、碰后速度222tdvB（滑块1、2在B门的速度）、完成表格12－2。7、用物理天平称出两个滑块的质量1m、2m。实验数据记录：1.完全弹性碰撞1m1d2m2d测量号碰前碰后12PCP7/10kEJe10t10v/m/s20v/m/s1t1v/m/s2t2v/m/s1020304050607080901002.完全非弹性碰撞1m1d2m2d测量号碰前碰后12PCP7/10kEJ10t10v/m/s20v/m/s2t2v/m/s102030405060708090100实验数据处理：1.分别计算两类碰撞，碰撞前后动量的比初末PPC；2.分别计算两类碰撞，碰撞前后动能的变化kE；3.非完全弹性碰撞时的恢复系数e；4.对实验结果作分析和评价【思考题】1．为了验证动量守恒，在本实验操作上如何来保证实验条件，减小测量误差。2．为了使滑块在气垫导轨上匀速运动，是否应调节导轨完全水平？应怎样调节才能使滑块受到的合外力近似等于零？