大学物理仿真实验报告
实验目的
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。 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
实验中用两个质量分别为m1、m2的滑块来碰撞（图1），若忽略气流阻力，根据动量守恒有
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可改成标量负号。 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
，
的方向由正负号决定，若与所选取的坐标轴方向相同则取正号，反之，则取
由（3）、（4）两式可解得碰撞后的速度为
如果v20=0，则有
动量损失率为
能量损失率为
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。 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。
在实验中，让v20=0，则有
动量损失率
动能损失率
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度成正比，比值称为恢复系数，即
与碰撞前两物体的接近速
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 如果一个力学系统只有保守力做功，其他内力和一切外力都不作功，则系统机械能守恒。如图2所示，将气垫导轨一端加一垫块，使导轨与水平面成α角，把质量为m的砝码用细绳通过滑轮与质量m’的滑块相连，滑轮的等效质量为me，根据机械能守恒定律，有 式中s为砝码m下落的距离，v1和v2分别为滑块通过s距离的始末速度。如果将导轨调成水平，则有 在无任何非保守力对系统作功时，系统机械能守恒。但在实验中存在耗散力，如空气阻力和滑轮的摩擦力等作功，使机械能有损失，但在一定误差范围内可认为机械能是守恒的。 实验仪器 本实验主要仪器有气轨、气源、滑块、挡光片、光电门、游标卡尺、米尺和光电计时装置等 实验内容 研究三种碰撞状态下的守恒定律 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
大学物理仿真实验报告 碰撞与动量守恒
