1、一 實驗目的1. 利用氣墊導軌研究一維碰撞的三種情況，驗證動量守恒和能量守恒定律；2. 了解定量研究動量損失和能量損失在工程技術中有重要意義；3. 通過實驗還可提高誤差分析的能力。二 實驗原理如果一個力學系統所受合外力為零或在某方向上的合外力為零，則該力學系統總動量守恒或在某方向上守恒，即實驗中用兩個質量分別為m1、m2的滑塊來碰撞（圖1），若忽略氣流阻力，根據動量守恒有對于完全彈性碰撞，要求兩個滑行器的碰撞面有用彈性良好的彈簧組成的緩沖器，我們可用鋼圈作完全彈性碰撞器；對于完全非彈性碰撞，碰撞面可用尼龍搭扣、橡皮泥或油灰；一般非彈性碰撞用一般金屬如合金、鐵等，無論哪種碰撞面，必須保證是對心碰

2、撞。當兩滑塊在水平的導軌上作對心碰撞時，忽略氣流阻力，且不受他任何水平方向外力的影響，因此這兩個滑塊組成的力學系統在水平方向動量守恒。由于滑塊作一維運動，式（2）中矢量v可改成標量，的方向由正負號決定，若與所選取的坐標軸方向相同則取正號，反之，則取負號。1. 完全彈性碰撞完全彈性碰撞的標志是碰撞前后動量守恒，動能也守恒，即由（3）、（4）兩式可解得碰撞后的速度為如果v20=0，則有動量損失率為能量損失率為理論上，動量損失和能量損失都為零，但在實驗中，由于空氣阻力和氣墊導軌本身的原因，不可能完全為零，但在一定誤差范圍內可認為是守恒的。2. 完全非彈性碰撞碰撞后，二滑塊粘在一起以10同一速度運動，

3、即為完全非彈性碰撞。在完全非彈性碰撞中，系統動量守恒，動能不守恒。在實驗中，讓v20=0，則有動量損失率動能損失率3. 一般非彈性碰撞一般情況下，碰撞后，一部分機械能將轉變為其他形式的能量，機械能守恒在此情況已不適用。牛頓總結實驗結果并提出碰撞定律：碰撞后兩物體的分離速度與碰撞前兩物體的接近速度成正比，比值稱為恢復系數，即恢復系數e由碰撞物體的質料決定。E值由實驗測定，一般情況下0<e<1，當e=1時，為完全彈性碰撞；e=0時，為完全非彈性碰撞。4. 驗證機械能守恒定律如果一個力學系統只有保守力做功，其他內力和一切外力都不作功，則系統機械能守恒。如圖2所示，將氣墊導軌一端加一墊塊，

4、使導軌與水平面成角，把質量為m的砝碼用細繩通過滑輪與質量m的滑塊相連，滑輪的等效質量為me，根據機械能守恒定律，有式中s為砝碼m下落的距離，v1和v2分別為滑塊通過s距離的始末速度。如果將導軌調成水平，則有 在無任何非保守力對系統作功時，系統機械能守恒。但在實驗中存在耗散力，如空氣阻力和滑輪的摩擦力等作功，使機械能有損失，但在一定誤差范圍內可認為機械能是守恒的。三 實驗儀器本實驗主要儀器有氣軌、氣源、滑塊、擋光片、光電門、游標卡尺、米尺和光電計時裝置等。四 實驗內容研究三種碰撞狀態下的守恒定律(1) 取兩滑塊m1、m2，且m1>m2，用物理天平稱m1、m2的質量（包括擋光片）。將兩滑塊分

5、別裝上彈簧鋼圈，滑塊m2置于兩光電門之間（兩光電門距離不可太遠），使其靜止，用m1碰m2，分別記下m1通過第一個光電門的時間t10和經過第二個光電門的時間t1，以及m2通過第二個光電門的時間t2，重復五次，記錄所測數據，數據表格自擬，計算(2) 分別在兩滑塊上換上尼龍搭扣，重復上述測量和計算。(3) 分別在兩滑塊上換上金屬碰撞器，重復上述測量和計算。五 數據記錄與處理(1) 完全彈性碰撞(2) 一般彈性碰撞(3) 完全非彈性碰撞六 實驗結論1 完全彈性碰撞動量守恒，機械能守恒，恢復系數為1；2 一般彈性碰撞動量守恒，機械能不守恒，恢復系數小于1；3 完全非彈性碰撞動量守恒，機械能不守恒，恢復系數為0七 思考題1. 碰撞前后系統總動量不相等，試分析其原因。答：粘滯阻力，阻尼系數大小，系統恢復速度，氣流速度，系統負載大小，都會影響實驗結果。2. 恢復系數e的大小取決于哪些因素？答：碰撞物體的材料，系統