实验动量守恒定律的研究.docVIP

实验 动量守恒定律的研究 ――气垫导轨实验（）。，，，，，，。【实验目的】 【实验原理】 ，，，，和，，和，和， （1） 实验中利用气垫导轨上两个滑块的碰撞来研究动量守恒定律。 2．完全弹性碰撞 完全弹性碰撞的特点是碰撞前后系统的动量守恒，，，， （2） 由式（1）和式（2） （3） 在实验时，，两个滑块的速度必交换。若不仅，，滑块变为静止，滑块却以滑块原来的速度沿原方向运动起来。 若两个滑块质量，， （4） 实际上完全弹性碰撞只是理想的情况，，，时有 （5） 3．完全非弹性碰撞 完全非弹性碰撞的特点是两个物体碰撞后一起以相同的速度运动。如图2所示，在两个滑块的两个碰撞端分别装上尼龙搭扣，，，，由式（1）可得 （6） 若，，则有 （7） 即两个物体碰撞后的速度为物体碰撞前速度的一半。 4．恢复系数和动能比 碰撞的分类可以根据恢复系数的值来确定。所谓恢复系数就是指碰撞后的相对速度和碰撞前的相对速度之比，e来表示 （8） 若e＝1，即是完全弹性碰撞；若e=0，即是完全非弹性碰撞。 碰撞前后的动能比R也是反映碰撞性质的物理量，时可以推导出动能比R为 （9） 在、时，R为 （10） 若物体做完全弹性碰撞时，e＝1则R=1，无动能损失；若物体做完全非弹性碰撞时，e＝0则；若物体做一般非弹性碰撞时，，则。 5．判断实验与理论是否相符 实验总是存在着误差，因此实验验证动量守恒定律时式（1）不可能准确成立。设物体碰撞前后的总动量分别为P0和P，其标准不确定度分别和，如果满足如下关系式 （11） 说明碰撞前后动量的偏离量在实验允许的可能最大误差范围内。那么，就可以说，在实验误差范围内，动量守恒定律成立，即从实验上验证了动量守恒定律。如果不成立，说明实验没有验证动量守恒定律，需查出原因。 【实验器材】 ，。，4所示。，，。2）滑块 滑块由直角形铝板制成，。，，。，，，，。，，。（，）（）（），。 3）光电计时系统 光电计时测量系统由光电门和电脑通用计数器组成，光电门结构和测量原理如图5所示。，，，。，，，。设二次遮光片间的遮光距离为，，当速度变化不大，较小时，这个平均速度就可认为是滑块通过光电门中间的瞬时速度。（）MUJ系列电脑通用计数器用单片机作为中央处理器，并编入了相应的数据处理程序，具备多组实验。，，LED数码显示屏上显示出测量结果。MUJ电脑通用计数器 ① 功能键 多次按下功能键，。2（S），P2两光电门时滑块上挡光片遮光的时间间隔或滑块的速度（），，。 按下转换键大于1秒，（1cm3cm、5cm或10cm），，。1cm。（。） 2”功能后，1秒，（cm/s前的指示灯点亮） 自上一次清零后开始记录算起，20组测量结果会自动保留存储下来。按下转换键，。E×”时，；10s，。 和，仔细调节底脚螺丝，使和十分接近。当导轨完全水平时，由于滑块与导轨间的粘滞阻力和滑块周围的空气阻力，使比稍长一些，一般应在第三位读数以下才有差别。再使滑块以同样速度从右端向左端运动，分别记录先后通过两个光电门的时间间隔和，和也应十分接近。这时可认为导轨调平。 【实验内容与步骤】 【设计性实验内容】 1．实验内容 2．设计要求 【预习要求】 【数据记录与处理】 12．完全弹性碰撞 计算每次碰撞前后的动量P0和P、动量百分差和恢复系数e，和两种情况下，分别任取其中的一组数据计算不确定度，检验关系式是否成立，得出实验能否验证动量守恒定律的结论。 3．完全非弹性碰撞 计算每次碰撞前后的动量P0和P、动量百分差和动能比R，是否成立，得出实验能否验证动量守恒定律的结论。 【注意事项】 【思考与讨论】 ，、时，， 6．为了验证动量守恒定律，【参考文献】 【附录】 ，0.ls，，。。，，，。。 ，。，，。。Hz，个脉冲，，2001，s或200.1ms，1”代表0.1ms，，，，。 。（）。，。。 。。，。，。，。。 60 图4 导轨的