大学物理仿真实验报告--守恒实验报告(2400字)

发表于:2020.10.25来自:www.fanwen118.com字数:2400 手机看范文

西安交通大学实验报告

实验名称: 碰撞过程中守恒定律的研究 系 别 : 实 验 日 期:

姓 名: 学号:

一、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。

二、实验目的

1.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;

2.通过实验提高误差分析的能力。

1

三、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?mivi?恒量(1)。实验中用两个质量分别为m1、m2的滑块来碰撞,若忽略气流阻力,根据动量守恒有m1v10?m2v20?m1v1?m2v2(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,其方向由正负号决定,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

m1v10?m2v20?m1v1?m2v2 (3)

1111222m1v10?m2v20?m1v12?m2v2 (4) 2222

由(3)、(4)两式可解得碰撞后的速度为

v1??m1?m2?v10?2m2v20

m1?m2 (5)

(6) v2??m2?m2?v20?2m2v20

m1?m2

2

如果v20=0,则有

v1??m1?m2?v10 (7) v2?m1?m22m2v20 (8) m1?m2

动量损失率:?pp0?pm1v10??m1v1?m2v2? (9) ??p0p0m1v10

11?122?m1v10??m1v12?m2v2??EE0?E222????能量损失率: (10) 1E0E02m1v102

理论上,动量损失和能量损失都为零,但在实验中,由于空气阻力和气垫导轨本身的原因,不可能完全为零,但在一定误差范围内可认为是守恒的。

2.完全非弹性碰撞

碰撞后,二滑块粘在一起以10同一速度运动,即为完全非弹性碰撞。在完全非弹性碰撞中,系统动量守恒,动能不守恒。

m1v10?m2v20??m1?m2?v (11)

在实验中,让v20=0,则有

m1v10??m1?m2?v (12)

v?m1v10(13) m1?m2

动量损失率

?m?m2?v (14) ?p?1?1

pm1v10

动能损失率

m2?E (15) ?E0m1?m2

3

3.一般非弹性碰撞

一般情况下,碰撞后,一部分机械能将转变为其他形式的能量,机械能守恒在此情况已不适用。牛顿总结实验结果并提出碰撞定律:碰撞后两物体的分离速度与碰撞前两物体的接近速度成正比,比值称为恢复系数,即e?v2?v1(16) v10?v20

恢复系数e由碰撞物体的质料决定。E值由实验测定,一般情况下0<e<1,当e=1时,为完全弹性碰撞;e=0时,为完全非弹性碰撞。

四、实验仪器

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。

五、实验内容

1.气垫导轨调平

2.研究三种碰撞状态下的守恒定律

(1)取两滑块m1、m2,且m1>m2,用物理天平称m1、m2的质量(包括挡光片)。将两滑块分别装上弹簧钢圈,滑块m2置于两

光电门之间(两光电门距离不可太远),使其静止,用m1碰m2,分别记下m1通过第一个光电门的时间Δt10和经过第二个光电门的时间

Δt1,以及m2通过第二个光电门的时间Δt2,重复五次,记录所测数据,数据表格自拟,计算?p?E、。 pE0

(2)分别在两滑块上换上尼龙搭扣,重复上述测量和计算。

(3)分别在两滑块上换上金属碰撞器,重复上述测量和计算。 4

六、数据记录与处理

(1)完全弹性碰撞的情况

大学物理仿真实验报告守恒实验报告

5

(2

大学物理仿真实验报告守恒实验报告

)一般非完全弹性碰撞

(3)完全非弹性碰撞

大学物理仿真实验报告守恒实验报告

6

七、实验总结

在完全弹性碰撞中,系统总动量、总动能前后守恒,相差在允许的范围内;在完全非弹性碰撞中,系统动量守恒,但动能不守恒;在一般弹性碰撞中,动能不守恒。

八、思考题

1.碰撞前后系统总动量不相等,试分析其原因。

答:导致碰撞前后系统总动量不相等原因有:导轨不平、导轨摩擦、空气阻力等。

2.恢复系数e的大小取决于哪些因素?

答:恢复系数e与碰撞滑块的材料有关。

3.你还能想出验证机械能守恒的其他方法吗?

答:(1)用摆球法验证机械能守恒定律:把一个摆球用细线悬挂起来并拉到一定的高度,然后放开,摆球在摆动过程中,动能和势能发生相互转化,忽略空气的阻力影响,因只有重力对其做功,所以机械能守恒。

(2)用斜轨法验证机械能守恒定律:位于倾斜轨道上的小车,忽略轨道的摩擦力,因只有重力对其做功,所以机械能守恒。

7




第二篇:西安交大大学物理仿真实验报告(单摆测量重力加速度) 1300字

大学物理仿真实验

实验报告

装备02

崔江

10037032

利用单摆测量重力加速度

一、 实验简介

单摆实验是个经典实验,许多著名的物理学家都对单摆实验进行过细致的研究。本实验的目的是学习进行简单设计性实验的基本方法,根据已知条件和测量精度的要求,学会应用误差均分原则选用适当的仪器和测量方法,学习累积放大法的原理和应用,分析基本误差的来源及进行修正的方法。

二、 实验原理

单摆的结构参考图1单摆仪,一级近似的周期公式为

西安交大大学物理仿真实验报告单摆测量重力加速度

由此通过测量周期摆长求重力加速度

三、 实验内容

一. 用误差均分原理设计一单摆装置,测量重力加速度g.

设计要求:

(1) 根据误差均分原理,自行设计试验方案,合理选择测量仪器和方法.

(2) 写出详细的推导过程,试验步骤.

(3) 用自制的单摆装置测量重力加速度g,测量精度要求△g/g < 1%. 可提供的器材及参数:

游标卡尺、米尺、千分尺、电子秒表、支架、细线(尼龙线)、钢球、摆幅测量标尺(提供硬白纸板自制)、天平(公用).

假设摆长l≈70.00cm;摆球直径D≈2.00cm;摆动周期T≈1.700s;

米尺精度△米≈0.05cm;卡尺精度△卡≈0.002cm;千分尺精度△千≈0.001cm;秒表精度△秒≈0.01s;根据统计分析,实验人员开或停秒表反应时间为0.1s左右,所以实验人员开,停秒表总的反应时间近似为△人≈0.2s.

二. 对重力加速度g的测量结果进行误差分析和数据处理,检验实验结果是否达到设计

要求.

三. 自拟实验步骤研究单摆周期与摆长,摆角,悬线的质量和弹性系数,空气阻力等因素

的关系,试分析各项误差的大小.

四. 自拟试验步骤用单摆实验验证机械能守恒定律.

四、 实验仪器

单摆仪,摆幅测量标尺,钢球,游标卡尺

西安交大大学物理仿真实验报告单摆测量重力加速度

图1 单摆仪

西安交大大学物理仿真实验报告单摆测量重力加速度

图2 摆幅测量标尺

西安交大大学物理仿真实验报告单摆测量重力加速度

图3 钢球

西安交大大学物理仿真实验报告单摆测量重力加速度

图4 游标卡尺

五、 实验操作

1. 用米尺测量摆线长度;

2. 用游标卡尺测量小球直径;

3. 把摆线偏移中心不超过5度,释放单摆,开始计时,单摆摆过50个周期后停止计时,记录所用时间;

六、 实验结果

西安交大大学物理仿真实验报告单摆测量重力加速度

西安交大大学物理仿真实验报告单摆测量重力加速度

西安交大大学物理仿真实验报告单摆测量重力加速度

七、 数据统计及误差分析

T=97.75s÷50=1.955s

D(平均)=(1.692+1.702+1.672+1.692+1.722+1.672)÷6=1.692cm

l=92.00cm-1.69cm=90.31cm

g?l

?T???2???2?0.9031m?1.955s???2?3.1416??2?9.73m/s2

?g?9.80?9.33?0.07m/s2

E?

?g?100%?0.71%<1% 满足实验要求 g

误差分析:

单摆只在最大摆角小于等于5°时,单摆的振动才可以近似看为为简谐振动。这时视为简谐振动的误差非常小,因为在回复力公式推导时,只有在摆角θ小于等于5°时才有sinθ=[近似相等]=tanθ=θ[弧度]=X/L,有:F=-X(mg/L),即回复力与离开平衡位置的位移大小成正比,方向相反,振动为简谐振动。因此,单摆摆角会产生误差。

空气的粘滞阻力并不影响摆动的周期,所以没有造成误差。

由于悬线的质量远小于铁球质量,所以产生的误差可以忽略不计。

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