大学物理碰撞实验报告

大学物理仿真实验报告

实验名称

碰撞与动量守恒

班级：

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学号：

日期：

碰撞和动量守恒

实验简介

动量守恒定律和能量守恒定律在物理学中占有非常重要的地位。力学中的运动定理和守恒定律最初是冲牛顿定律导出来的，在现代物理学所研究的领域中存在很多牛顿定律不适用的情况，例如高速运动物体或微观领域中粒子的运动规律和相互作用等，但是能量守恒定律仍然有效。因此，能量守恒定律成为了比牛顿定律更为普遍适用的定律。

本实验的目的是利用气垫导轨研究一维碰撞的三种情况，验证动量守恒和能量守恒定律。定量研究动量损失和能量损失在工程技术中有重要意义。同时通过实验还可提高误差分析的能力。

实验原理

如果一个力学系统所受合外力为零或在某方向上的合外力为零，则该力学系统总动量守恒或在某方向上守恒，即

（1）

实验中用两个质量分别为m1、m2的滑块来碰撞（图4.1.2-1），若忽略气流阻力，根据动量守恒有

（2）

对于完全弹性碰撞，要求两个滑行器的碰撞面有用弹性良好的弹簧组成的缓冲器，我们可用钢圈作完全弹性碰撞器；对于完全非弹性碰撞，碰撞面可用尼龙搭扣、橡皮泥或油灰；一般非弹性碰撞用一般金属如合金、铁等，无论哪种碰撞面，必须保证是对心碰撞。

当两滑块在水平的导轨上作对心碰撞时，忽略气流阻力，且不受他任何水平方向外力的影响，因此这两个滑块组成的力学系统在水平方向动量守恒。由于滑块作一维运动，式（2）中矢量v可改成标量 ， 的方向由正负号决定，若与所选取的坐标轴方向相同则取正号，反之，则取负号。

1．完全弹性碰撞

完全弹性碰撞的标志是碰撞前后动量守恒，动能也守恒，即

（3）

（4）

由（3）、（4）两式可解得碰撞后的速度为

（5）

（6）

早在汽车制造商开始注重安全系统之前，就已经有学者在做汽车碰撞试验了。

而韦恩州立大学（Wayne State）的劳伦斯·帕特里克教授（Lawrence

Patrick）就是第一人。在20世纪30年代，他就开始做碰撞实验，收集人类在车祸中受伤情况的数据了。

那么，最佳的实验对象是什么？答案自然是人体。

通过各项技术，模型确实可以告诉我们车祸中产生的力量有多大。但你却无法知道人体各部位能承受的冲击力有多大。

试验过程越逼真，研究人员就越容易发现汽车安全隐患，并及时修正。

所以，帕特里克教授就作死地拿自己的身体，搞起了真人碰撞试验。其中包括一个重达22磅的金属摆锤撞击胸口，以及400多次的火箭雪橇*冲刺。*注：火箭雪橇也叫火箭滑车，是利用推力强大的火箭助推以达到一定速度而打造的工具，并非交通工具。

帕特里克的真人碰撞试验

然而，想要更好的数据，就必须挑战人类的耐力极限。 但我们又不可能一直将真人置于实验中，这实在太危险且有悖伦理了。于是，他想到了一个折中的方法——用死人做实验。

要知道，现在用于碰撞试验的模型假人，也是基于大量尸体试验研究得来的。所以说，没有这些尸体，也难有如今的假人。

虽然用尸体作测试对象看起来很毛骨悚然，但这些死人却救了不少活人的命。例如，尸体对安全驾驶的最早期贡献，便是挡风玻璃。

从老照片看来，司机们总是戴着风镜开车，真的不是为了装酷。早期的汽车里，有些就是不带挡风玻璃的。

因为考虑到用普通玻璃，车祸时玻璃碎片分分钟割伤乘客。所以，有人宁可戴上风镜。

不过很快，难被打碎的钢化玻璃就诞生了。

只是，人们很快就担心起了另一件事——你头再铁，也铁不过钢化玻璃。脸确实不会被划伤了，但头却可能会被撞出脑震动或颅骨骨折。

很快，研究人员就开启了一系列头撞挡风玻璃的试验。于是，在韦恩州立大学的师生就能看到这样的惊悚场景。

帕特里克教授带着手下研究生，霸占了一个废弃电梯井，不断地将尸体从高处往下扔。

山东理工大学物理实验报告

实验名称： 验证动量守恒定律

姓名： 实验者 学号：（必填） 时间代码： （必填） 验序号： （必填）

院系： （必填） 专业： （必填） 级.班： （必填） 教师签名：

仪器与用具：气垫导轨、通用电脑计时测速仪、气源、滑块两个（分别安装有挡光片、缓冲弹簧、尼龙搭）、

光电门（两个）等

实验目的： 1、学习掌握气垫导轨和通用电脑计时测速仪的使用；

2、验证弹性碰撞和非弹性碰撞过程中动量守恒；

3、研究碰撞过程中机械能变化规律。

注意：实验报告要书写规范、完整，内容包括实验名称、实验者基本信息、实验仪器与用具、实验目的、实验原理、实验内容与步骤、数据记录与处理、实验结论与分析、思考题、注意事项等。

【实验原理】

设两滑块的质量分别为1m和2m，碰撞前的速度分别为v10和v20，相碰后的速度分别为v1和v2。根据动量守恒定律，有

m1v10 + m2v20 = m1v1 + m2v2 （1）

令P0=m1v10+m2v20， P=m1v1+m2v2，有

△p = P - P0 = 0 （2）

ρ = |△p / P0 ×100%| = 0 （3）

s = [Σ（ρi-ρ平均）2 /（N-1）]1/2

测出两滑块的质量和碰撞前后的速度，就可验证碰撞过程中动量是否守恒。

实验分弹性碰撞和非弹性碰撞两种情况进行。

1．弹性碰撞

在两滑块的相碰端装上缓冲弹簧，于是它们相碰可视为弹性碰撞。碰撞过程中两滑块系统的动量和动能均守恒。

.

'. 大学物理仿真实验实验报告

碰 撞 和 动 量 守 恒

班级：信息1401 姓名：

龚顺 学号： 201401010127

【实验目的】：

1 了解气垫导轨的原理，会使用气垫导轨和数字毫秒计进行试验。

2 进一步加深对动量守恒定律的理解，理解动能守恒和动量守恒的守恒条件。

【实验原理】

当一个系统所受和外力为零时，系统的总动量守恒，即有

若参加对心碰撞的两个物体的质量分别为m1和m2 ，碰撞前后的速度分别为V10 、V20和V1 、V2。

1， 完全弹性碰撞在完全弹性碰撞中，动量和能量均守恒，故有：

取V20=0，联立以上两式有：

动量损失率：

动能损失率：

2， 完全非弹性碰撞

碰撞后两物体粘在一起，具有相同的速度，即有：

仍然取V20=0，则有：

动能损失率：

.

'.

动量损失率：

3，一般非弹性碰撞中

一般非弹性碰撞中，两物体在碰撞后，系统有部分动能损失，定义恢复系数：

两物体碰撞后的分离速度比两物体碰撞前的接近速度即恢复系数。当V20=0时有：

e的大小取决于碰撞物体的材料，其值在0~1之间。它的大小决定了动能损失的大小。

当e=1时，为完全弹性碰撞；e=0时，为完全非弹性碰撞；0

动量损失：

动能损失：

【实验仪器】

本实验主要仪器有气轨、气源、滑块、挡光片、光电门、游标卡尺、米尺和光电计时装置等

【实验内容】

一、气垫导轨调平及数字毫秒计的使用

1、气垫导轨调平

打开气源，放上滑块，观察滑块与轨面两侧的间隙纵向水平调节双支脚螺丝，横向水平调节单支脚，直到滑块在任何位置均保持不动，或做极缓慢的来回滑动为止。动态法调平，滑块上装挡光片，使滑块以缓慢速度先后通过两个相距60cm的光电门，如果滑块通过两光电门的时间差小于1ms，便可认为轨道已经调平。本实验采用动态调节。 .

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2、数字毫秒计的使用

使用U型挡光片，计算方式选择B档。

二 滑块上分别装上弹簧圈碰撞器。将小滑块m2置于两个相距40cm的光电门之间，使其静止，使大滑块m1以速度V10去碰撞m2，从计时器上读出碰撞前后通过S距离所用的时间t10，t1，t2.记录数据。