双线摆测定仪

双线摆碰撞打靶研究平抛运动【实验目的】研究两球碰撞、碰撞后的平抛运动的规律；讨论不同材质的球体之间碰撞中的动量和能量的转换与守恒；比较实验值和理论值的差异，分析实验现象。【实验原理】物体间的碰撞是自然界中普遍存在的现象，从宏观物体的天体碰撞到微观物体的粒子都是物理学中极其重要的研究课题。双线摆实际上等效于一个单摆，但它的优点是，在摆球摆动中，能确保摆球的运动轨迹是在一个平面内的圆弧线，而单摆却难以做到。所以本实验中用双线摆取代单摆。碰撞运动和物体的平抛运动，是运动学中的基本内容；能量守恒与动量守恒是力学中重要的原理。本实验通过两个球体的碰撞、碰撞前的单摆运动以及碰撞后的平抛运动，应用已学到的力学知识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，从而更深入地了解力学原理，并提高分析问题、解决问题的能力。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”。）碰撞时的动量守恒：两物体碰撞前后的总动量不变：£p.=£m.•v.=常矢量i i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，，-，…，一—，，一，一，、、，、…， 1 体所作的运动称平抛运动，运动学万程为x=v0•t,y=2g•t2。（式中t是从抛出开始计算的时间，x是物体在该时间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是实验地区的重力加速度。）在重力场中，质量为m的物体，被提高距离h后，其势能增加了Ep=m•g•h。质量为m的物体以速度v运动时，其动能为E=：m•v2。k2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作的功为零，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。弹性碰撞：在碰撞过程中没有机械能损失的碰撞。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）。【实验仪器介绍】

FB210B型双线摆测定仪1台。FB213A智能型数显计时计数微秒仪1台（提供电磁铁励磁电流）。摆球（撞击球）：817.4mm1个。三种规格（不同质量）的被撞球：817.4mm,8FB210B型双线摆测定仪1台。FB213A智能型数显计时计数微秒仪1台（提供电磁铁励磁电流）。摆球（撞击球）：817.4mm1个。三种规格（不同质量）的被撞球：817.4mm,814.0mm,810.0mm各2个。1m钢卷尺一把，用于测量升降台高度y和靶心离升降台的距离x。电子天平一台，用以称球的质量（用户自备）。如图1所示，其底盘是一个内凹式的盒体，盒体下面是是整个仪器的基板，盒体四周的围栏可以防止小球滚出底盘。底盘下面有3只螺丝钉用以调整其水平。底盘的中央，是一个升降台，它由圆柱形的外套、被撞球B图1双线摆碰撞打靶实验仪示意图【实验内容】一.必做内容：1.把实验仪放置在基本水平的桌面上。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。根据靶心的位置，测出x，估计被撞球的高度y（如何估计?），并据此算出撞击球的高度气。（预习时应自行推导出由x和y计算高度h0的公式。）通过绳栓部件，使两根系绳的有效长度相等，系绳点在两立柱上的高度相等。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。把撞击球吸在磁铁下，调节升降架使它的高度为h0（如何测量？），左右移动竖尺，使两细绳拉直。让撞击球撞击被撞球，记下被撞球击中靶纸的实际位置x'（可进行多次撞击求平均值），即确定实际击中的位置，由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，才可使被撞球能击中靶心？（预习时应自行推导出由x'和y计算高度差h=h°=Ah的公式。）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；确定实际被撞球击中靶纸的位置后记下此h值。观察撞击球在碰撞后的运动状态，观察撞击球在不碰撞时的运动状态，分析碰撞前后各种能量损失的原因和大小。二.选做内容：以直径相同、质量不同的被撞击球重复上述实验，分别找出其能量损失的大小和主要来源。以直径、质量都不同的被撞击球重复上述实验，分别找出其能量损失的大小和主要来源。（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。）【思考题】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？找出本实验中，产生Ah各种原因（除计算错误和操作不当原因外）。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？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？此实验中，绳的张力对小球是否做功？为什么？计算出实验中碰撞时传递的能量e和总能量E的比s=e/E与两球质量比R=叫的关m2系。在本实验中，如果球体不用金属，而用石蜡或软木可以吗？为什