大学物理演示实验报告.doc

实验名称】弹性碰撞演示仪【实验目的】本实验用于演示正碰撞和动量守恒定律，形象地显现弹性碰撞的情形实验原理】根据动量守恒定律可知，如果正碰撞的两球，撞前速度分别为和碰撞后的速度分别为和质量分别为和.则（1）由碰撞定律可知：（2）若时，则分离速度（）等于接近速度（）解式（1）和式（2）可得：若贝I」即球正碰球时，球静止，球继续以的速度正碰球3等等以此类推，实现动量的传递实验器材】，、实验装置如实验原理图示：，一底座—2支架—3钢球4—拉线—调5节螺丝2、技术指标钢球质量：x直径：x拉线长度：【实验操作与现象】l将仪器置于水平桌面放好，调节螺丝，使七个钢球的球心在同一水平线上2、将一端的钢球拉起后，松手，则钢球正碰下一个钢球，末端的钢球弹起，继而，又碰下一个钢球，另一端的钢球弹起，循环不已，中间的五个钢球静止不动但在一般情况下，两球碰撞时，总要损失一部分能量，故两端的钢球摆动的幅度将逐渐减弱注意事项】操作前一定将七个钢球的球心调至同一水平线上，否则现象不明显在理想情况下，物体碰撞后，形变能够恢复，不发热、发声，没有动能损失，这种碰撞称为弹性碰撞（elasticcollision）,又称完全弹性碰撞。

真正的弹性碰撞只在分子、原子以及更小的微粒之间才会出现生活中，硬质木球或钢球发生碰撞时，动能的损失很小，可以忽略不计，通常也将它们的碰撞看成弹性碰撞碰撞时动量守恒当两物体质量相同时，互换速度完全弹性碰撞完全非弹性碰撞一、碰撞（Collision）1.基本概念：碰撞，一般是指两个或两个以上物体在运动中相互靠近，或发生接触时，在相对较短的时间内发生强烈相互作用的过程碰撞会使两个物体或其中的一个物体的运动状态发生明显的变化碰撞过程一般都非常复杂，难于对过程进行仔细分析但由于我们通常只需要了解物体在碰撞前后运动状态的变化，而对发生碰撞的物体系来说，外力的作用又往往可以忽略，因而可以利用动量、角动量以及能量守恒定律对有关问题求解2．特点：1）碰撞时间极短2）碰撞力很大，外力可以忽略不计，系统动量守恒3）速度要发生有限的改变，位移在碰撞前后可以忽略不计3．碰撞过程的分析：讨论两个球的碰撞过程碰撞过程可分为两个过程开始碰撞时，两球相互挤压，发生形变，由形变产生的弹性恢复力使两球的速度发生变化，直到两球的速度变得相等为止这时形变得到最大这是碰撞的第一阶段，称为压缩阶段此后，由于形变仍然存在，弹性恢复力继续作用，使两球速度改变而有相互脱离接触的趋势，两球压缩逐渐减小，直到两球脱离接触时为止。

这是碰撞的第二阶段，称为恢复阶段整个碰撞过程到此结束4．分类：根据碰撞过程能量是否守恒1）完全弹性碰撞：碰撞前后系统动能守恒（能完全恢复原状）；2）非弹性碰撞：碰撞前后系统动能不守恒（部分恢复原状）；3）完全非弹性碰撞：碰撞后系统以相同的速度运动（完全不能恢复原状）二、完全弹性碰撞（PerfectElasticCollision）在碰撞后，两物体的动能之和（即总动能）完全没有损失，这种碰撞叫做完全弹性碰撞解题要点：动量、动能守恒问题：两球ml,m2对心碰撞，碰撞前速度分别为，碰撞后速度变为动量守恒（1）动能守恒（2）由（1）（3）由（2）（4）由（4）/（3）或（5）即碰撞前两球相互趋近的相对速度v10-v20等于碰撞后两球相互分开的相对速度v2-v1由（3）、（5）式可以解出：讨论：€，则，，两球碰撞时交换速度€，则，，反弹，即质量很大且原来静止的物体，在碰撞后仍保持不动，质量小的物体碰撞后速度等值反向€若m2vvm1,且v20=0,则v1~v10，v2~2v10，即一个质量很大的球体，当它的与质量很小的球体相碰时，它的速度不发生显著的改变，但是质量很小的球却以近似于两倍于大球体的速度运动。

三、完全非弹性碰撞（PerfectInelasticCollision）如两物体在碰撞后以同一速度运动（即它们相碰后不再分开），这种碰撞叫做完全非弹性碰撞解题要点：动量守恒碰撞后系统以相同的速度运动动量守恒所以动能损失为四、非完全弹性碰撞两物体碰撞时，由于非保守力作用，致使机械能转换为热能、声能、化学能等其他形式的能量，或者其他形式的能量转换为机械能，这种碰撞就叫做非弹性碰撞解题要点：动量守恒、能量守恒由于压缩后的物体不能完全恢复原状而有部分形变被保留下来，因此系统的动量守恒而动能不守恒实验表明，压缩后的恢复程度取决于碰撞物体的材料牛顿总结实验结果，提出碰撞定律：碰撞后两球的分离速度v2-v1与碰撞前两球的接近速度V10-V20之比为以定值，比值由两球材料的性质决定该比值称为恢复系数(CoefficientofRestitution),用e表示，即由上式可见：e=0，V2=V1，为完全非弹性碰撞；e=1，v2=v1=v10-v20，为完全弹性碰撞；0

求碰撞后钢球升高的高度解：本题分三个过程：第一过程：钢球下落到最低点以钢球和地球为系统，机械能守恒以钢球在最低点为重力势能零点1)第二过程：钢球与钢块作完全弹性碰撞，以钢球和钢块为系统，动能和动量守恒2)(3)第三过程：钢球上升以钢球和地球为系统，机械能守恒以钢球在最低点为重力势能零点(4)由(2)、(3)可得(5)(6)(6) /(5)，得代入(2)因而(7)(4)/(1)，得(8)(7) 代入(8)代入数据，得。