碰撞和動量守恒仿真實驗報告班級：化工12日期:2012.5.27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：定量研究動量損失和能量損失。3：通過實驗提高誤差分析的能力。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（1）實驗中用兩個質量分別為m1、m2的滑塊來碰撞（圖4.1.2-1），若忽略氣流阻力，根據動量守恒有（2）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，必須保證是對心碰撞。實驗儀器：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。圖1：氣墊導軌裝置氣墊導軌是以空氣作為潤滑劑，近似無摩擦的力學實驗裝置。導軌由優質三角鋁合金管制成，長約2m，斜面寬度約7cm，管腔約18.25cm，一端密封，一端通入壓縮空氣。鋁管向上的兩個外表面鉆有許多噴氣小孔，壓縮空氣進入管腔后，從小孔噴出。導軌的一端裝有滑輪，導軌的二端裝有緩沖彈簧，整個導軌安裝在工字梁上，梁下有三個支腳，調節支腳螺絲使氣墊保持水平。圖2：滑塊和擋光片滑塊采用特制的帶有五條細螺紋槽的人字型鋁合金，便于安裝各種附件，下表面與氣軌相吻合，碰撞中心在質心平面內。擋光片的結構分長方型和U型兩種。圖3：滑塊的接觸面不同的接觸面導致不同的碰撞效果。圖4：光電門光電計時系統由光電門和數字毫秒計或電腦計時器構成。光電門安裝在氣軌上，時間由數字毫秒計或電腦計時器測量。圖5：電腦計時器圖6：氣源

氣源是向氣墊導軌管腔內輸送壓縮空氣的設備。要求氣源有氣流量大、供氣穩定、噪音小、能連續工作的特點，一般實驗室采用小型氣源，氣墊導軌的進氣口用橡皮管和氣源相連，進入導軌內的壓縮空氣，由導軌表面上的小孔噴出，從而托浮起滑塊，托起的高度一般在0.1mm以上。實驗內容：1．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Δt10和經過第二個光電門的時間Δt1，以及m2通過第二個光電門的時間Δt2，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。2．驗證機械能守恒定律（1）a=0時，測量m、m’、me、s、v1、v2，計算勢能增量mgs和動能增量，重復五次測量，數據表格自擬。（2）時，（即將導軌一端墊起一固定高度h，），重復以上測量。五、數據測量：完全彈性碰撞一般彈性碰撞完全非彈性碰撞六、實驗結論：在實驗誤差允許的范圍內，碰撞中倆滑塊滿足動量守恒定律；完全彈性碰撞的恢復系數約為1，完全非彈性碰撞的恢復系數為0，一般彈性碰撞的恢復系數介于0和1之間。整個過程中，在實驗誤差允許的范圍內，滿足機械能守恒定律。思考題：1、碰撞前后系統總動量不相等，試分析其原因。答：氣墊導軌能有效的減少摩擦，是近似無摩擦狀態，但空氣中摩擦是存在的，所以系統前后的總動量不相等。2、恢復系數e的大小取決于哪些因素？答：取決于是完全彈性碰撞、完全非彈性碰撞和一般彈性碰撞的哪一種。而在一般彈性碰撞中，取決于物體的材料，碰撞面的性質等等。3、你還能想出驗證機械能守恒的其他方法嗎？答：同樣用碰撞的方式，一枚玻璃球從固定高度和固定軌道