动量守恒定律实验报告

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1、动量守恒定律实验报告大学物理实验《用气垫导轨验证动量守恒定律》[1]普通大学物理实验设计性实验报告实验题目用气垫导轨验证动量守恒定律班级：学号：姓名：指导教师：凯里学院物理与电子工程学院2013年6月用气垫导轨验证动量守恒定律一、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。二、实验仪器气垫导轨全套，计时计数测速仪，物理天平。三、实验原理设两滑块的质量分别为m1和m2，碰撞前的速度为v10和v20，相碰后的速度为v1和v2。根据动量守恒定律，有m1v10?m2v20?m1v1?m2v2（1）测出两滑块的质量和碰撞前后的速度，就可验证碰撞

2、过程中动量是否守恒。其中v10和v20是在两个光电门处的瞬时速度，即?x/?t，?t越小此瞬时速度越准确。在实验里我们以挡光片的宽度为?x，挡光片通过光电门的时间为?t，即有v10??x/?t1,v20??x/?t2。实验分两种情况进行：1．弹性碰撞两滑块的相碰端装有缓冲弹簧，它们的碰撞可以看成是弹性碰撞。在碰撞过程中除了动量守恒外，它们的动能完全没有损失，也遵守机械能守恒定律，有11112222（2）m1v10?m2v20?m1v1?m2v22222（1）若两个滑块质量相等，m1=m2=m，且令m2碰撞前静止，即v20=0。则由（1）、（2）得到v1=0，v2=v10即两个滑块

3、将彼此交换速度。（2）若两个滑块质量不相等，m1?m2，仍令v20=0，则有m1v10?m1v1?m2v2及111222m1v10?m1v1?m2v2222可得v1?m1?m22m1v10，v2?v10m1?m2m1?m2当m1?m2时，两滑块相碰后，二者沿相同的速度方向（与v10相同）运动；当m1?m2时，二者相碰后运动的速度方向相反，m1将反向，速度应为负值。2．完全非弹性碰撞将两滑块上的缓冲弹簧取去。在滑块的相碰端装上尼龙扣。相碰后尼龙扣将两滑块扣在一起，具有同一运动速度，即v1?v2?v仍令v20?0则有m1v10?(m1?m2)v所以v?m1v10m1?m2当m2=m1

4、时，v?1v10。即两滑块扣在一起后，质量增加一倍，速度为原来的一半。2四、实验内容及步骤1.安装好光电门，光电门指针之间的距离约为50cm。导轨通气后，调节导轨水平，使滑块作匀速直线运动。计数器处于正常工作状态，设定挡光片宽度为1.0厘米，功能设定在“碰撞”位置。调节天平，称出两滑块的质量m1和m2。2.完全非弹性碰撞（1）在两滑块的相碰端安置有尼龙扣，碰撞后两滑块粘在一起运动，因动量守恒，即m1v10?(m1?m2)v(2)在碰撞前，将一个滑块（例如质量为m2）放在两光电门中间，使它静止（v20?0），将另一个滑块（例如质量为m1）放在导轨的一端，轻轻将它推向m2滑块，记录v

5、10。(3)两滑块相碰后，它们粘在一起以速度v向前运动，记录挡光片通过光电门的速度v。(4)按上述步骤重复数次，计算碰撞前后的动量，验证是否守恒。3.弹性碰撞在两滑块的相碰端有缓冲弹簧，当滑块相碰时，由于缓冲弹簧发生弹性形变后恢复原状，在碰撞前后，系统的机械能近似保持不变。仍设v20?0，则有m1v10?m1v1?m2v2参照“完全非弹性碰撞”的操作方法。重复数次，数据记录于表中。五、数据记录与处理1、完全非弹性碰撞数据表六、实验结论七、实验心得这次实验虽然波折和困难颇多，但收获却不少。首先，对计算机的砝码用细绳通过滑轮与质量m’的滑块相连，滑轮的等效质量为me，根据机械能守恒定

6、律，有式中s为砝码m下落的距离，v1和v2分别为滑块通过s距离的始末速度。如果将导轨调成水平，则有在无任何非保守力对系统作功时，系统机械能守恒。但在实验中存在耗散力，如空气阻力和滑轮的摩擦力等作功，使机械能有损失，但在一定误差范围内可认为机械能是守恒的。三、实验内容1.气垫导轨的调平点出毫秒表，支脚旋钮，滑块，通过调节三旋钮，使两光电门时间差小于1ms，调解后t1=24.8，t2=23.9，满足条件。2.验证动量守恒定律点数数据记录表，开始实验，记录数据如下表：表一、完全弹性碰撞表二、完全非弹性碰撞表三、一般非弹性碰撞四、实验结论1.由表中数据可知，在误差范围内，两滑块无论是弹性

7、碰撞还是非弹性碰撞动量都守恒。在完全弹性碰撞时动能的损失最小，趋近于零；在完全非弹性碰撞时系统动能的损失最大。2.实验中由于装置存在一定的系统误差，使得数据的结果发生误差，以至于所记录的数据计算出的动量损失率结果出现正值和负值。五、思考题1．碰撞前后系统总动量不相等，试分析其原因。答：实验过程中始终存在一定的系统误差，比如气垫的摩擦力不为零，质量的测量不够精准。碰撞过程中没有发生完全的正碰。2．恢复系数e的大小取决于哪些因素？答：主要取决于碰撞的类型，如果发生的是弹性碰撞e=1，