大学物理碰撞打靶实验报告范文.docx
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大学物理碰撞打靶实验报告范文
大学物理碰撞打靶实验报告范文
碰撞打靶实验
物体间的碰撞是自然界中普遍存在的的现象，从宏观物体的一体碰撞到微观物体的粒子碰撞都是物理学中极其重要的研究课题。
本实验通过两个体的碰撞、碰撞前的单摆运动以及碰撞后的平抛运动，应用已学到的力学定律去解决打靶的实际问题，从而更深入地了解力学原理，并提高分析问题、解决问题的能力。
一．实验原理
1.碰撞：
指两运动物体相互接触时，运动状态发生迅速变化的现象。
"正碰"是指两碰撞物体的速度都沿着它们质心连线方向的碰撞；其他碰撞则为"斜碰"。
2.碰撞时的动量守恒：
两物体碰撞前后的总动量不变。
3.平抛运动：
将物体用一定的初速度v0沿水平方向抛出，在不计空气阻力的情况下，物体所作的运动称平抛运动，运动学方程为某v0t，y12gt（式t中是从抛出开始计算的时2
间，某是物体在时间t内水平方向的移动距离，y是物体在该时间内竖直下落的距离，ｇ是重力加速度）
4.在重力场中，质量为ｍ的物体在被提高距离ｈ后，其势能增加了Epmgh
5.质量为m的物体以速度v运动时，其动能为Ek12mv2
6.机械能的转化和守恒定律：
任何物体系统在势能和动能相互转化过程中，若合外力对该物体系统所做的功为零，内力都是保守力（无耗散力），则物体系统的总机械能（即势能和动能的总和）保持恒定不变。
7.弹性碰撞：
在碰撞过程中没有机械能损失的碰撞。
8.非弹性碰撞：
碰撞过程中的机械能不守恒，其中一部分转化为非机械能（如热能）。
二．实验仪器
碰撞打靶实验仪如图1所示，它由导轨、单摆、升降架（上有小电磁铁，可控断通）、被撞小球及载球支柱，靶盒等组成。
载球立柱上端为锥形平头状，减小钢球与支柱接触面积，在小钢球受击运动时，减少摩擦力做功。
支柱具有弱磁性，以保证小钢球质心沿着支柱中心位置。
图1碰撞打靶实验仪
升降架上装有可上下升降的磁场方向与杆平行的电磁铁，杆上的有刻度尺及读数指示移动标志。
仪器上电磁铁磁场中心位置、单摆小球（钢球）质心与被碰撞小球质心在碰撞前后处于同一平面内。
由于事先二球质心被调节成离导轨同一高度，所以，一旦切断电磁铁电源，被吸单摆小球将自由下摆，并能正中地与被击球碰撞。
被击球将作平抛运动，最终落到贴有目标靶的金属盒内。
小球质量可用电子天平称衡。
三．实验内容
（一）必做内容：
1.调整导轨水平，如果不水平可调节导轨上的两只调节螺钉。
2.用电子天平测量被撞球（直径和材料均与撞击球相同）的质量ｍ，并以此也作为撞击球
的质量。
3.根据靶心的位置，测出ｘ，估计被撞球的高度ｙ，并据此算出撞击球的高度ｈ0（预习时
应自行推导出由ｘ和ｙ计算高度ｈ0的公式）
4.通过绳来调节撞击球的高低和左右，使之能在摆动的最低点和被撞球进行正碰。
5.把撞击球吸在磁铁下，调节升降架使它的高度为ｈ0，细绳拉直。
6.让撞击球撞击被撞球，记下被撞球击中靶纸的位置某'。
（可撞击多次求平均），据此计
算碰撞前后总的能量损失为多少？
应对撞击球的高度作怎样的调整，才可使击中靶心？
（预习时应自行推导出由某'和y，及计算高度差h-h0=h的公式）
7.对撞击球的高度作调整后，再重复若干次试验，以确定能击中靶心的h值；被撞球击
中靶纸的位置后记下此h值。
8.观察二小球在碰撞前后的运动状态，分析碰撞前后各种能量损失的原因。
（二）选做内容：
观察两个不同质量钢球碰撞前后运动状态，测量碰撞前后的能量损失。
用直径、质量都不同的被撞球，重复上述实验，比较实验结果并讨论之。
（注意：
由于直径不同，应重新调节升降台的高度，或重新调节细绳）
四．思考题
1.如两质量不同的球有相同的动量，它们是否也具有相同的动能？
如果不等，哪个动能大？
2.找出本实验中，产生h的各种原因（除计算错误和操作不当原因外）。
3.在质量相同的两球碰撞后，撞击球的运动状态与理论分析是否一致？
这种现象说明了什么？
4.如果不放被撞球，撞击球在摆动回来时能否达到原来的高度？
这说明了什么？
5.此实验中，绳的张力对小球是否做功？
为什么？
6.定量导出本实验中碰撞时传递的能量e和总能量E的比＝e/E与两球质量比=m1/m2的关系。
7.本实验中，球体不用金属，用石蜡或软木可以吗？
为什么？
篇二：
打靶碰撞实验实验报告
打靶碰撞实验实验报告
通信
（1）班1140031赵雯琳
【实验目的】
【仪器用具】
碰撞打靶实验仪、米尺、物理天平等。
【实验原理】
1·碰撞：
指两物体互相接触时，运动状态发生迅速变化的现象，正碰时，两物体的质心沿速度在同一方向，大小相同的两个小球发生正碰，能量不损失。
即碰撞时动量守恒。
2·平抛运动：
、将物体用一定的初速度沿水平方向抛出，在不计空气阻力的情况下，运动学方程为某=vt,y=1／2·gt2
3·在重力场中，质量为m的物体，被提高
距离h后，其势能增加Ep=mgh;质量为m的物体以速度v运动时，其动能为Ep=1／2·mv2
【实验步骤】
1·确定球心位置：
先将载球支柱固定在导轨的最左侧，将小球放在支柱上，将立柱沿导轨移动，调整立柱的高度，使得球心的高度刚好与立柱上的零刻度线处于同一水平线上。
2·用天平测量被撞球的质量M
3·摆球用摆线固定好后，通过调节调节旋钮，使得摆球和被撞球的球心在同一高度。
之后固定摆线长度。
3·上升电磁铁的高度，刻度线位于某一定值。
打开仪器开关，将摆球放上电磁铁吸附，通过移动立柱在导轨上的位置来调整，使得摆线拉直。
4·按下开关，摆球被释放，被撞小球作平抛运动，砸落在靶盒上，用刻度尺测量水平位移，记录数据，并把靶点用橡皮擦去，等待下一次数据记录。
5·同一高度，重复四次实验。
记录四组数据。
6·换五组不同的高度，重复以上步骤，最后共得20组数据。
【实验数据】
1·小球质量m=32.80g
2·被撞球的高度Y=15.80cm
碰撞打靶实验仪。
被撞球3个（铁球，铜球，铝球，其中铁球和撞击球质量相等）。
实验目的、意义和要求
目的:
了解自然界中物体的碰撞现象。
意义:
利用碰撞前的单摆运动以及碰撞后的平抛运动利用已学到的力学定律去解决打靶的实验问题。
要求:
预习实验原理的各个力学规律。
了解整个实验的过程，即从理论值到实际值的过程。
实验前应回答的问题
实验仪底盘为什么要调水平。
由某和y推导出时h0的表达式。
由某,和y计算高度差的公式,进而推导出体系在整个过程中的能量损失ΔE。
实验内容
完成实验室给出的数据表格。
选做实验——从剩余的两个小球中任选一个（建议做铝球）完成实验。
实验目的：
比较被撞球的质量发生变化，或者质量和体积都发生变化时，体系的能量损失会有怎样的变化。
实验报告要求
计算碰撞前后的总能量损失ΔE。
回答课本P31,P32思考题。
实验现象记录分析，实验感想体会和建议。
参考书籍与材料
建议问题
老师，碰撞打靶实验最后计算出来能量损耗值，是否还要计算不确定度？
如果钢尺和游标卡尺上没有标明“最大误差”或“不确定度限值”，要怎么计算测量长度的不确定度？
本实验没要求计算不确定度，因此没有给出不确定度限值。
—高渊2022/10/1909:
17
老师，如果某值选择较小，是否会使能量损失百分比增大？
是在具体操作中出现这个疑问吗如果不是,建议来实验室做一下,看看损失百分比是否增大.—高渊2022/04/1511:
12
老师，我觉得测量某的值时是不是可以多打几个点，比如说10个点，由于这些点一般比较密集，所以可以较容易找到这些点的中心，这样就只需要测一次某的值就可以了，然而取三个点然后取平均值的方法个人觉得有些随意，一是取三个点样本太少，可能不具有代表性，二是这三个点每次单独测某时的随意性较大，人为的误差较大，所以我觉得这个方法略有不妥。
另外在算撞击球的h时，是不是应该加上0.5D，毕竟在算平抛运动速度时，不需要加0.5D，但是在算h时，就不能不加了，否则h就少了0.5D，误差较大吧？
–张子恒
一般至少打5个点,根据落点情况再适当多打,取落点中心的话似乎也是比较随意的,鉴于这个实验系统误差还是比较大的,所以你的方法可行,但并不一定
能提高多少精度;对于h0的计算,如果Y也是以球的底部到底盘距离为准的话,那么h０是不用加上球半径的．—高渊2022/11/0110:
36
书上实验内容必做内容第三步说根据某来估计y值，怎么估计啊？
某=vt;y=1/2gt^2,怎么根据某来估计y啊？
难道测时间t吗？
那这样也太不准了吧，相差一秒就相差5米啊？
不懂啊，求指教。
。
。
。
。
估计嘛，本就没要求必须达到何种精确程度。
一秒很长了，你拿个秒表掐绝对不会有那么大误差的。
—高渊2022/05/0717:
21
老师好，我想问的也是第5个同学的问题，希望老师能够解答的再详细一点，谢谢。
就是实验仪器中并没有给出秒表，所以无法测时间，但是老师回答的是用秒表掐时间，如果说可以用秒表的话，那么第三步测某就没有什么意义了，究竟如何才能根据某测出y？
真的不懂，希望老师能指教！
再次感谢！
—黄禹铭2022/10/2809:
13
首先问题的顺序理了一下，上面的问题按时间顺序应该是第五个；至于书上说的估计，由于靶纸能放的某范围有限，Y值也就是被撞球的高度调节范围也很有限，一般可以试打几次即可，知道某和Y大概取什么数值即可，而不是用某测出Y，本实验中某和Y都是初始条件；至于秒表的说法，是针对那个同学说的测量时间误差大的疑问，不是真的建议用秒表。
—高渊2022/10/2823:
10
谢谢老师啦！
——黄禹铭2022/10/3022:
46
老师，我想请问一下，模拟题中为什么操作完全正确仍然会发生非正碰的情况？
还有，调节平衡时上下两个转轴各是什么用呢？
总有视觉误差吧，很难保证绝对正碰；下边一对转轴调节撞击球的摆动轨迹，上边一对转轴调节撞击球对应于被撞球的位置。
—高渊2022/06/2501:
27
那实验仪器底盘调节水平是为了保证是平抛运动还是保证是正碰呢？
—黄一霏2022/06/2418:
57
都保证啊。
—高渊2022/06/2501:
21
老师请问改变高度由h0到h值，物理过程因数据改变已经不是同一个过程，但是计算损失的能量却用了两个不同过程的数据计算，这算不算是系统误差—陈泓宇2022/09/2423:
32
用撞击球上升的高度来计算重力势能，近似得出撞击过程中损失的能量，虽然可能有2个或者更多操作过程，但算重力势能的话就只考虑高度的改变，这个计算不带来系统误差。
—高渊2022/09/2510:
23
老师，我想说，碰撞打靶中，用于释放撞击球的磁铁，在按下开关后，会不会还对铁球有作用力，而这个阻力对球做的负功应该也算是误差吧，在我看来磁铁能吸住球的磁力应该比较大了，那会不会有较大的误差，如果可以改进，是不是可以改进一下电磁铁的吸放情况，就是按下开关，在足够长的时间里会没有磁力，我相信科学家做这个实验，应该不是用的电磁铁来释放小球吧。
—-陈泓宇2022/10/907:
32
磁力也就是在释放的一瞬间会对小球有作用力，由此产生的误差肯定会有，但是可以分析到。
电磁铁方便啊，可以重复使用操作，原先方法好像是用电热丝烧断连接小球与摆绳的胶带纸。
同学们有没有什么好方法建议欢迎提出来，我们
可以用以改进实验。
—高渊2022/10/1511:
09
老师，h应该是以球中心为准的吧？
不是底部；还有，设置这么一套装置的意义何在呢？
可不可以改进装置，避免调试中出现过大误差？
（比如把绳牵引撞击球换成让球从斜槽中自由下落，只要保证对心碰撞即可。
）—王靖雯2022/11/1622:
36
h0一般建议以底部为准，当然以球心为准也可以啊，只要公式随之而调整，也就是考虑是否加上球的半径而已；这个实验设计的最初目的就是要同学自己调整正碰，看看谁细心、耐心，出现状况能否不急躁找出问题所在；基础物理实验都是验证已知物理规律，能否测得精确的结果不是主要目的，所以不会采用特别精确的仪器，实验中和实验所用仪器允许误差比较大的情况出现，但要求能找出误差和问题所在，从而合理分析和解决问题，这也是实验课对同学能力的主要考核方向。
—高渊2022/11/1823:
34
老师你好，请问能量损失与两球质量差有什么关系呢？
我做的铜球损失最大，其次是铝球，最小的是铁球，但是质量差最大的是铝球啊，貌似找不到什么规律，是不是铜球的数据得到的不对啊？
—胡蔚萍2022/11/2721:
40
能量损失和两球质量差的关系可以参考思考题6，根据两球质量比的变化，传递的能量和总能量的比值也会不一样，但这是理想情况，本实验中由于还有每次调节碰撞中条件的不同，以及摩擦力不同的影响，所以会出现不同的情况，铝球的数据经常是能量损失比较小的，这些都可以具体分析，数据应该没有问题。
—高渊2022/11/2808:
52
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