试验五二维碰撞试验.PDFVIP

實驗五 二維碰撞實驗 一、目的： 觀測二維碰撞之特性，並驗證動量守恆定律。 二、原理與方法： 當兩個物體發生碰撞時，碰撞前後兩個物體的動量和不變，即滿足動量守恆定律 (conservation of momentum) 。 假設碰撞前一物體靜止不動，另一物體的動量為 P ，碰撞後兩物體的動量分別 ai 為 P 及 P 。由動量守恆定律得知 af bf P P =+P (1) ai af bf 如果兩物體的質量相同，則式(1)可簡化為速度的表示式，即 V V =+V (2) ai af bf 通常兩個剛體的碰撞為為彈性碰撞 (elastic collision) ，即碰撞前後兩個物體的動能 總和不變。對於質量相同的物體，由動能守恆定律得 V2 V2 +V2 (3) ai af bf 彈性碰撞時 θ + θ = 90° 1 2 式(2)顯示 V 以及V 、V 三個向量構成一個三角形，而式(3)則顯示這個三角形 ai af bf 兩股的平方和等於斜邊的平方，即符合畢氏定理。因此可由式(2)與式(3)二式得知 V ai 以及 V 、V 構成一個直角三角形，而其底邊為 V 及 V ，故碰撞後兩個物體的運動 af bf af bf 方向相互垂直，θ + θ = 90°。如上圖所示。 1 2 三、儀器設備： C型夾、支撐台、凹槽軌道尺、靶球、鉛錘、方格紙。 四、實驗步驟： 1.用 C型夾將發射器裝置固定於實驗桌緣處，如下圖所示。 2. 旋轉靶球之支撐台，令靶球 b位於弧尺底緣之前方略有偏斜。調整支撐台與 弧尺底緣之距離以使兩球碰撞時，入射球 a恰好已離開發射裝置為準。 3. 在支撐台螺旋帽下方，用準線垂直掛一小鉛垂。 4. 地面鋪放一大張方格紙。方格紙正方對準線之處，標示出一參考點。 5. 先使入射球 a從凹槽軌道尺上一定刻劃處向下滾動數次，而不與靶球 b碰撞， 直接滑離弧尺底緣而墜落於地面方格紙上。將此點與參考點連成一直線，得 到一正比於入射動量的向量，設為dai 6. 使入射球下滑並與靶球作固定偏向之碰撞數次，在二球的下落點做記點，並 各自與參考點連成直線，得到正比於碰撞後動量的兩個向量，分別為 daf 及 dbf