“碰撞打靶”实验中能量损失的分析

  1. “碰撞打靶”装置(如图1所示)。用两细绳挂在两杆上的铁质“撞击球”被吸在升降架上的电磁铁下;与撞击球质量直径都相同的“被撞球”放在升降台上。升降台和升降架可自由调节其高度。可在滑槽内横向移动的竖尺和固定的横尺用以测量撞击球的高度h、被撞球的高度y和靶心与被撞球的横向距离x。
  2. 不同大小、不同材料的撞击球和被撞球。
  3. 游标卡尺、电子天平、钢尺等。

物体间的碰撞是自然界中普遍存在的现象;单摆运动和平抛运动是运动学中的基本内容;能量守恒与动量守恒是力学中的重要概念。本实验研究两个球体的碰撞及碰撞前后的单摆运动和平抛运动,应用已学到的力学定律去解决打靶的实际问题;特别是从理论分析与实践结果的差别上,研究实验过程中能量损失的来源,自行设计实验来分析各种损失的相对大小,从而更深入地理解力学原理,并提高分析问题、解决问题的能力。

关于单摆运动和平抛运动

  1. 什么是单摆?什么是单摆运动?单摆运动中,动能与势能是如何相互转换的?在加速度为g的重力场中,质量为m的单摆的最大速度v与最大高度h的关系如何?实际的单摆运动中可能有哪些能量损失?如何判断和测量这些能量损失的大小?
  2. 什么是平抛运动?平抛运动中,动能与势能是如何相互转换的?质量为m、初速度为v的平抛物体所抛出的水平距离x和下落的铅直距离y的关系如何?平抛运动中可能有哪些能量损失?如何判断和测量这些能量损失的大小?

关于碰撞

  1. 什么是弹性碰撞?什么样的碰撞可看作弹性碰撞?实际上是否有真正的弹性碰撞?
  2. 什么是非弹性碰撞?非弹性碰撞中是否有能量损失?什么是完全非弹性碰撞?什么样的碰撞可看作完全非弹性碰撞?实际上是否有真正的完全非弹性碰撞?
  3. 什么是正碰撞?什么是斜碰撞?正碰撞或斜碰撞和弹性碰撞或非弹性碰撞是否有关?

关于能量守恒和动量守恒

  1. 什么是能量?什么是机械能?什么是动量?
  2. 在什么条件下,体系的总能量守恒?在什么条件下,体系的机械能守恒?
  3. 在什么条件下,体系的总动量守恒?在非弹性碰撞中,总动量是否守恒?
  1. 按照靶的位置,计算若无能量损失时撞击球的初始高度理想值h0(要求切断电磁铁的电源时,撞击球下落与被撞球相碰撞,使被撞球击中靶心)。
  2. 以h0值进行若干次打靶实验,确定实际击中的位置(考虑如何确定? 提示:可在靶纸上放一张复写纸,被撞球落下处会留下痕迹。);根据此位置,计算h值应移动多少才可真正击中靶心?
  3. 再进行若干次打靶实验,确定实际击中靶心时的h值;据此计算碰撞过程前后机械能的总损失为多少?
  4. 分析能量损失的各种来源,设计实验以测出各部分能量损失的大小。
  5. 改用不同材料、不同大小的撞击球和被撞球进行上述实验,分别找出其能量损失的大小和主要来源。

对上述各实验结果进行分析、研究,并设计和进行进一步的实验以得出一般性的结论,考虑提出改进意见。

  1. 写明本实验的目的和意义。
  2. 阐述实验的基本原理、设计思路和研究过程。
  3. 记下所用仪器、材料的规格或型号、数量等。
  4. 记录实验的全过程,包括实验步骤、各种实验现象和数据处理等。
  5. 分析实验结果,讨论实验中出现的各种问题。
  6. 得出实验结论,并提出改进意见。
  1. 郑永令,贾起民. 力学. 上海:复旦大学出版社,2001.
  2. 沈元华,陆申龙. 基础物理实验. 北京:高等教育出版社,2003.

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  • 最后更改: 2007/05/16 15:59
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