【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V10和V20,碰撞后的速度分别为V1和V2,质量分别为m1和m2．

则 (1)

由碰撞定律可知：（2）

若e=1时，则分离速度（ ）等于接近速度（ ）

解式（1）和式（2）可得：

（3）

（4）

若m1=m2=m;e=1则v1=0,v2=v10

即球1正碰球2时，球1静止，球2继续以V10的速度正碰球3，等等以此类推，实现动量的传递。

【实验器材】

1、实验装置如实验原理图示：

1一底座 2—支架 3—钢球

4—拉线 5—调节螺丝

2、技术指标

钢球质量：m=7×0.2kg

直径：l=7×35mm

拉线长度：L=55Omm

【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（elastic collision），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（Perfect Elastic Collision）

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m1，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m2<<m1，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（Perfect Inelastic Collision）

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v 2-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（Coefficient of Restitution），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<e<1，为非完全弹性碰撞。

例题：如图所示，质量为1kg的钢球，系在长为l=0.8m的绳子的一端，绳子的另一端固定。把绳子拉至水平位置后将球由静止释放，球在最低点与质量为5kg的钢块作完全弹性碰撞。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

第二篇：大学物理演示实验实验报告

大学物理演示实验实验报告

在演示实验室中，老师给我们讲解并演示了二十多个实验装置。那些装置的原理大多都很简单，但是通过巧妙的设计让我们对那些我们早就熟知的物理原理有了更加直观和深刻的理解。同时启发我们在日常生活中更多的客观地运用所学的科学知识去分析一个现象而不是凭自己的感觉去猜想，以此了解事物的本质。

就比如“椎体上滚”这个实验装置。一开始是老师在操作，我们一开始以我们生活经验以为椎体不会自己上滚，但实验证明了我们的视觉感官欺骗了我们，事实上椎体上滚的过程中其重心是在下降的，还是重力在做正功，它是会自己上滚的。但是现在回想起来，我们就算没有注意到重心会下降也应该注意到椎体一开始是停留在坡顶的。

还有一些装置给我留下了比较深刻的印象，那是因为它们的设计都比较巧妙。比如“看得见的声波”和“角速度矢量合成演示仪”这两个装置，都是利用生理上的视觉暂留效应讲一些原本比较抽象的现象可视化，让我们更加直观的观察到一个原本不能直接观察到的现象。虽然“看得见的声波”这个装置有缺陷，就是会让声波的纵波显示成横波。

“低温差热机”可以利用比环境温度高4℃的温差将热能转换成动能，而且装置的工作过程形象直观，能让我们很好的了解其工作原理。这个装置可以应用到电脑的散热装置上，既节能又能延长电脑使用寿命。

“记忆合金水车”这个装置的制作倒是没有特别别出心裁的地

方，不过这却是我第一次亲眼见到记忆合金。以前有听说过记忆合金，但还真没亲眼见到过。也了解到记忆合金分成三类：单程记忆合金、双程记忆合金和全程记忆合金。并且知道了它的广泛应用，如工农业、医疗、能源、军事等方面。而且原来它在十九世纪七十年代就已经发现了，但是我到现在才见到记忆合金也表明它虽然应用广泛但并没有深入人民生活。

和记忆合金不同，微波技术却早已深入人们的日常生活中。微波炉几乎每家都有，演示实验中的“微波演示仪”虽然是坏的，但是从那块被烧黑了的铁板我就能真切的体会到微波能究竟有多大。当然微波炉加热快不仅是因为微波能量高，更加是因为微波的“内部加热”方式，即电磁能直接作用于介质分子转换成热，且透射性能使物料内外介质同时受热，不需要热传导，而内部缺乏散热条件，造成内部温度高于外部的温度梯度分布 。

一个特别让我眼前一亮的装置就是“辉光盘”，我记得我有一个玩具，就是把辉光盘做成了球状，特别像一个魔幻球，很好看很独特。手指指在哪就会有电流状的亮光连接手指指的位置和发电点。在夜晚更是漂亮，这让我深刻体会到了物理现象的美丽之处。

还有好多实验装置我没能一一赘述，通过这次演示实验让我更加深刻的了解了一些原本不是那么直观的现象原理，对物理和它在现实中的应用有了更深刻的了解。也体会到，作为当代大学生我们应该更具有创造性，现在的中国是一个急需创造性的中国。