碰撞實驗精選報告 碰撞實驗精選報告 碰撞實驗精選報告 碰撞實驗報告西安交通大學中級化學實驗報告課程名稱：高級化學實驗實驗名稱：碰撞實驗第 1頁 共 12 頁系別：實驗日期： 2014 年 12 月 2 日姓名：班級：學號：實驗名稱：碰撞實驗一、實驗目的1．設計不一樣實驗考證一系列的熱學定理；2．熟習實驗數據代辦軟件的應用。二、實驗原理動量守恒定律：若作用在質點系上的全部外力的矢量和為零，則該質點系的動量保持不變。即：依據該定律，我們將兩個相互碰撞的貨車看作一個質點系時，因為在忽略各樣摩擦阻力的狀況下外力矢量和為零，因此兩個貨車的動量之和應該仍然不變。動量定律：物體在某段時間內的動量增量，等于作用在物體上的協力在同一時間內的沖量。即：此中 F 在內的積分，依據積分的幾何意義還能用F-t 曲線與座標軸的面積來估算。機械能守恒定律：在僅有迂腐力做功的狀況下，動能和時能才能相互轉變，可是動能和勢能的總和保持不變。在質點系中，若沒有勢能的變化，若無外力作用則質點系動能守恒。彈簧的勁度系數：由胡克定律：F=kx在獲取 F 隨 x 變化關系的狀況下才能夠根據曲線斜率估算出勁度系數。
碰撞：碰撞才能分為完整彈性碰撞、 完整非彈性碰撞和非完整彈性碰撞。 完整彈性碰撞知足機械能守恒定律和動量守恒定律，完整非彈性碰撞和非完整彈性碰撞則只知足動量守恒定律而不知足機械能守恒定律。2 / 15三、實驗設計摩擦力的丈量：給貨車一初速率使之在調養為水平的軌道上運動，同時記錄其運動過程中的速率隨時間變化圖。用直線擬合所獲取的 v-t 圖像，所得斜率即為推動度 a，從而可得貨車所受磨擦力為 f=ma, 并有貨車與滑軌之間的轉動磨擦質數為μ=a/g 。胡克定律丈量彈性系數：使貨車運動并撞向彈簧（注意速率不該太大免得直接撞到彈簧旁邊的傳感），記錄該過程中彈簧彈力隨貨車位移的變化圖線。因為翻車過程中貨車位移與彈簧保持一致，因此求得翻車階段 F-x 圖像的斜率△ F/ △x 即為彈簧勁度系數。考證動量定律仍然給貨車一初速度，讓貨車撞向彈簧，記錄翻車過程中彈簧彈力隨時間的變化圖線和貨車速率隨時間的變化圖。依據F-t 圖求其在碰撞過程中積分即為沖量，而動量變化量則可由碰撞前后的速率變化量與質量相加求得 m△v。考證機械能守恒定律和動量守恒定理（ 1） 爆炸：（動量守恒）兩大車聯結在一齊，忽然間將二者彈開，使二者獲取相反的速率運動。
記錄二者運動速率隨時間的變化曲線。 此中讓一個貨車運動經過彈簧大跌因而致使兩大車同向運動比較其運動速率。（ 2）非完整彈性碰撞：（動量守恒，機械能不守恒）給兩個貨車相向的速率， 使它們相碰，相撞端外置吸鐵石使它們相互吸引，因為吸鐵石引力有限三者又各自彈開反向運動。記錄二者的速率隨時間變化圖，能夠估算前后的動量和動能。（ 3）以下三個是機械能守恒和動量守恒的考證：因為在這兒只分析貨車之間的碰撞，不殃及勢能的變化，因此機械能守恒表現為動能守恒。①兩大車質量基真相等一個運動貨車撞一個靜止貨車：兩大車一個靜止一個運動，兩者質量基真相等。讓運動的貨車 A 撞靜止的貨車 B，而后三者互換速率， B 運動而 A 靜止。 B 撞到彈簧后返回又撞到靜止的 A，于是再度互換速率， B 靜止而 A 運動。記錄二者運動速率對于時間的圖線，能夠考證每次發生碰撞時動量與動能能夠守恒。②大質量運動碰小質量靜止：兩大車質量差別較大，大質量貨車 A，小質量貨車 B。 B 靜止而 A 運動， A 撞到 B 以后，A 以較小速率持續原方向運動， B 以較大速率開始運動， B 撞到彈簧后返回再度撞到 A， A 反向運動， B 再次改變方向朝彈簧運動并再度撞到彈簧。
這幾次碰撞過程中都應該嚴守動量守恒和動能守恒。 記錄兩大車的速率隨時間的變化即可考證。③同時反向運動質量基真相等翻車：同時推動兩質量基真相等的貨車相向運動，相撞之后二者基本上速率互換。記錄二者的速率隨時間的變化曲線即可考證動能守恒和動量守恒。3 / 15四、實驗數據及其代辦（一）基本實驗數據：以下數據是實驗頂用到的器械的基本參數木棒 1：鐵棒 2：小車 A：小車 B：（二）實驗詳盡內容及數據：摩擦力的丈量：小車質量為502.48g ，記錄 v-t 圖像以下所示（此中 v 為貨車以必將初速度只受摩擦力運動的速率）：用線性擬合方式分析貨車只受摩擦力運動區段的圖線， 由圖可知，加快度大小為a=0.0153 ±0.00026 （m/）≈ 0.0153 m/，∴摩擦力 f=a ·×502.48 ×N=7.69 ×轉動磨擦質數μ≈ ×彈簧勁度系數的丈量：彈簧彈力隨貨車位移變化曲線以下圖：4 / 15用線性擬合方式分析曲線上彈簧形變平添階段可得其斜率丈量結果為=406±9.1 （ N/m），即為勁度系數。考證動量定律：該實驗中貨車 A 與木棒 1 共同運動，質量為502.48g=997.92g ，測得曲線以下，此中下部圖v 為貨車速率， F 為彈簧彈力：5 / 15由曲線可知，碰撞過程中彈簧彈力的沖量為（N·m），小車速率變化量△ v=0.59m/s, 得動量變化量：m△ v=0.59 ×0.998=0.589 （ N·m）百分誤差為 22.5%.實驗測得的動量與沖量的差值仍是不小的。
產生誤差的緣由分析見第五部份。考證機械能守恒定律和動量守恒定律：（ 1）“爆炸”考證動量守恒定律：小車 A 與貨車 B 均不負重，質量：502.48g ，實驗所得曲線以下述圖， 此中紅色為貨車A 運動曲線，紅色為貨車 B 運動曲線：6 / 15在該實驗中， 我們讓貨車 B 運動過程中撞到彈簧后回落， 只要要比較在同一時間兩車動量即可。如圖，取時間 t=1.0800s 時辰分析，（不考慮方向）則兩車動量之和為-0.50248 × 0.43- 0.51964 ×0.46= -0.023 （ kg·m/）結果緊靠于“爆炸”以前的動量0，因此才能證明動量守恒。（ 2） 非完整彈性碰撞考證動量守恒定律：小車 A 加載木棒 1，小車 B 加載木棒 2，故質量為：502.48g+495.44g=997.892 ，兩大車的運動以下述圖所示， 此中紅色為貨車 A 運動曲線，紅色為貨車 B 運動曲線：7 / 15由圖可知，碰撞曾經時辰，兩大車的動量分別為（以貨車 A 在碰撞曾經的動量方向為正）：和為碰撞之后：和為-0.19 ×0.26 ×和為：0.43 ×-0.38 ×和為碰撞前后動量之差較小，因此能否考證動量守恒3） 完整彈性碰撞①兩大車質量基真相等一個運動貨車撞一個靜止貨車：鐵棒 2：8 / 15貨車質量：502.48g+495.44g=997.92g ，兩者速率隨時間變化圖以下，此中紅色為貨車 A 運動曲線，紅色為貨車 B 運動曲線：計算其動量和機械能以下表所示：小總質第一次第一次第二次第二次車量碰撞前碰撞后碰撞前碰撞后(kg)速度速率速率速率（m/s）(m/s)(m/s)(m/s)A0092綠9 / 15線）0049紅線）第一次第一次第二次第二次碰撞前碰撞后碰撞前碰撞后動量動量動量動量(kg ·m/(kg ·m (kg ·m(kg ·m/s)/s)/s)s)百分誤差5．278．06%第一次第一次第二次第二次碰撞前碰撞后碰撞前碰撞后動能動能動能動能338百分誤差14.74.00 / 15兩次碰撞測得的動量損失分別為 8.06%和 5.27%，以上估算表示：兩次碰撞都基本上動量守恒。
動能損失分別為11.00%和 14.74%，這個誤差則較大。②大質量運動碰小質量靜止：小車 A 不負重，小車 B 載有木棍 1 和木棒 2，質量：小車 A：小車 B：所得曲線以下圖，此中紅色為貨車A，紅色為貨車B：測得各個碰撞過程的動量以下表所示：質量第一次第一次第二次第二次/kg碰撞前碰撞后碰撞前碰撞后速率速率速率速率/(m/s)/(m/s)/(m/s)/(m/s)011 / 第一次第一順序二順序二次碰撞前碰撞后碰撞前碰撞后動量動量動量動量( kg·m ( kg·m/( kg·m/( kg·m//s)s)s)s)百分誤10.02%299.13%差第一次第一順序二順序二次碰撞前碰撞后碰撞前碰撞后動能動能動能動能56857百分誤15.91%37.95%差根據動量、動能守恒定理第一次碰撞前后、第二次碰撞前后動量、動能應分別基真相等，但結果顯示相差很大，特別是第二次碰撞。③同時反向運動質量基真相等翻車：小車質量：502.48g+495.44g=997.92g ，12 / 15貨車運動曲線如圖，此中紅色為貨車A，紅色為貨車B：質量 /kg碰撞前速率碰撞后速率（m/s）(m/s)AB碰撞前動量碰撞后動量（kg·m/s）（kg·m/s）百分誤差27.34%碰撞前動能碰撞后動能（J）（J）13 / 15百分誤差18.65%從結果來看，偏差仍然較大。
五、偏差分析綜合上述實驗來看，“爆炸”實驗、非完整彈性碰撞實驗結果較為切合動量守恒定理，而對比之下，其余幾個實驗的誤差則較大。其可能的緣由以下：運轉軌道的問題：在第一個實驗中我們丈量了軌道的摩擦力，說了然軌道雖然不是完整圓滑的，因此在運動過程中必將不可以達到動能、動量的守恒。其余，我們的滑軌雖然不是完整水平的，固然我們盡量調整使之水平，可是我們發覺儀器的精度有限，并且調養雖然不是很方便，因此最后只得適宜調養調養便牽強接受了。難以做到“完整彈性碰撞”的實驗過程。固然第三部份是用相互敵視的吸鐵石來模擬完整彈性碰撞的情況，可是事實上我們發覺當兩個貨車追尾時，幾乎總會直接接觸而極難做到僅靠吸鐵石的力量就使它們彈開，這樣的狀況下雖然實驗實質距離完整彈性碰撞是有必將差其余，因此動能的衰減必將是會比較大的。其余，“爆炸”實驗的模擬也有必將難度。要使兩大車自由彈開，就要求我們在摁下兩車之間的聯結彈簧時不可以對貨車形成外來的推動其實抵擋，可是事實上這是很難的，要觸及后瞬時隔開才行。為此我們多次試試并選用了此中最優異的狀況，可是即使這樣仍是無法避免必將的攪亂。此外，也是相同的狀況，我們根本無法模擬出完整非彈性碰撞的情況，因為兩大車之間吸鐵石的引力完整不足以使二者翻車之后便完整粘在一齊不分開，即便我們用了很遲鈍的速率也沒能做到，因此只得舍棄這一實驗。
做完實驗代辦數據時發覺，對于曲線的分析正確度也是實驗誤差的癥結之一動量定理實驗報告，因為實質測得的圖線是較為不規則的，因此很難找準一些所須要的點，我們在許多地方須要用目測的方法去尋找發生變化的點，這樣測得的結果與實質有必將的差別，并且詳盡偏大仍是偏小就會跟隨察看者的主觀判定而變化，因此這一誤差的存在讓我們無法判定結果的誤差方向。直到代辦完數據，我才發覺當時實驗操作中的一個大的問題：速度太大。這一看法當前仍停留在直觀的分析層面，并無量化其實慎重的分析推論才能支持。我感覺對比而言，現實中的兩大車以較大速率翻車時的能量、動量損失要比二者以較小速率翻車時的損失要小很多，但無法說明這一點。此外一點就是試驗頂用的彈簧。 我們在丈量彈簧的勁度系數時曾經用到過據悉一種方式，就是用機械能守恒定律來估算，即經過記錄形變階段的形變量和速率變化量便能估算出勁度系數。可是丈量結果與報告中的方式差別較大，相差約為100N/m,14 / 15分析這一現象的產生緣由，我以為不僅圖線的分析較為困難（因為不太好判定變化點，形變是很短暫的過程）以外，還有彈簧自己的緣由。固然我們將彈簧看作一個理想的模型代辦，但該彈簧質量似乎較大，事實上雖然不是理想的，因此在形變過程中會有一部分能量和動量的損失。
而我們在實驗中多次經過彈簧的回調來實現同一運動過程的多階段丈量，因此這兒自然會有必將的誤差出現，特別是表此刻每次實驗第二次碰撞的誤差要遠小于第一次碰撞。六、實驗推論1.實驗測得滑軌與貨車車輪之間的轉動磨擦質數約為1.56 ×；2.測得彈簧的勁度系數約為=406±9.1 （ N/m）;經過“爆炸”實驗、非完整彈性碰撞實驗能否考證動量守恒定律；經過完整彈性碰撞實驗基本才能考證動量守恒定律和機械能守恒定律。七、 實查收獲自己設計實驗的過程中發覺了很多不足， 有時會有實驗數據記錄不全無法分析數據的狀況；為了實現“爆炸”的情況我們進行了大批的試試，也發覺了實驗裝置的不足之處，好多東西是須要經過試試來發覺的；本次實驗的不足在于：一，沒有對摩擦力進行清理；二，沒有盡量減少貨車速率來降低誤差（起碼個人理解是這樣）。八、建議1．實驗中發覺動量定理實驗報告，儀器的眾多性能不足， 如調養水平很困難， 軌道的摩擦力不小，彈簧的性能雖然不可以當作理想彈簧來申領等，特別是貨車的吸鐵石硬度不足，且彈開時無法做到“爆炸”的充足模擬，表示貨車設計出缺點，因此這種性能應該提高；2．實驗數據代辦軟件的代辦能力有限 （這也可能是我們使用能力有限導致的）， 有些數據獲取不可以很精準，因此軟件應該改良。15 / 15