碰撞实验精选报告 碰撞实验精选报告 碰撞实验精选报告 碰撞实验报告西安交通大学中级化学实验报告课程名称：高级化学实验实验名称：碰撞实验第 1页 共 12 页系别：实验日期： 2014 年 12 月 2 日姓名：班级：学号：实验名称：碰撞实验一、实验目的1．设计不一样实验考证一系列的热学定理；2．熟习实验数据代办软件的应用。二、实验原理动量守恒定律：若作用在质点系上的全部外力的矢量和为零，则该质点系的动量保持不变。即：依据该定律，我们将两个相互碰撞的货车看作一个质点系时，因为在忽略各样摩擦阻力的状况下外力矢量和为零，因此两个货车的动量之和应该仍然不变。动量定律：物体在某段时间内的动量增量，等于作用在物体上的协力在同一时间内的冲量。即：此中 F 在内的积分，依据积分的几何意义还能用F-t 曲线与座标轴的面积来估算。机械能守恒定律：在仅有迂腐力做功的状况下，动能和时能才能相互转变，可是动能和势能的总和保持不变。在质点系中，若没有势能的变化，若无外力作用则质点系动能守恒。弹簧的劲度系数：由胡克定律：F=kx在获取 F 随 x 变化关系的状况下才能够根据曲线斜率估算出劲度系数。
碰撞：碰撞才能分为完整弹性碰撞、 完整非弹性碰撞和非完整弹性碰撞。 完整弹性碰撞知足机械能守恒定律和动量守恒定律，完整非弹性碰撞和非完整弹性碰撞则只知足动量守恒定律而不知足机械能守恒定律。2 / 15三、实验设计摩擦力的丈量：给货车一初速率使之在调养为水平的轨道上运动，同时记录其运动过程中的速率随时间变化图。用直线拟合所获取的 v-t 图像，所得斜率即为推动度 a，从而可得货车所受磨擦力为 f=ma, 并有货车与滑轨之间的转动磨擦质数为μ=a/g 。胡克定律丈量弹性系数：使货车运动并撞向弹簧（注意速率不该太大免得直接撞到弹簧旁边的传感），记录该过程中弹簧弹力随货车位移的变化图线。因为翻车过程中货车位移与弹簧保持一致，因此求得翻车阶段 F-x 图像的斜率△ F/ △x 即为弹簧劲度系数。考证动量定律仍然给货车一初速度，让货车撞向弹簧，记录翻车过程中弹簧弹力随时间的变化图线和货车速率随时间的变化图。依据F-t 图求其在碰撞过程中积分即为冲量，而动量变化量则可由碰撞前后的速率变化量与质量相加求得 m△v。考证机械能守恒定律和动量守恒定理（ 1） 爆炸：（动量守恒）两大车联结在一齐，忽然间将二者弹开，使二者获取相反的速率运动。
记录二者运动速率随时间的变化曲线。 此中让一个货车运动经过弹簧大跌因而致使两大车同向运动比较其运动速率。（ 2）非完整弹性碰撞：（动量守恒，机械能不守恒）给两个货车相向的速率， 使它们相碰，相撞端外置吸铁石使它们相互吸引，因为吸铁石引力有限三者又各自弹开反向运动。记录二者的速率随时间变化图，能够估算前后的动量和动能。（ 3）以下三个是机械能守恒和动量守恒的考证：因为在这儿只分析货车之间的碰撞，不殃及势能的变化，因此机械能守恒表现为动能守恒。①两大车质量基真相等一个运动货车撞一个静止货车：两大车一个静止一个运动，两者质量基真相等。让运动的货车 A 撞静止的货车 B，而后三者互换速率， B 运动而 A 静止。 B 撞到弹簧后返回又撞到静止的 A，于是再度互换速率， B 静止而 A 运动。记录二者运动速率对于时间的图线，能够考证每次发生碰撞时动量与动能能够守恒。②大质量运动碰小质量静止：两大车质量差别较大，大质量货车 A，小质量货车 B。 B 静止而 A 运动， A 撞到 B 以后，A 以较小速率持续原方向运动， B 以较大速率开始运动， B 撞到弹簧后返回再度撞到 A， A 反向运动， B 再次改变方向朝弹簧运动并再度撞到弹簧。
这几次碰撞过程中都应该严守动量守恒和动能守恒。 记录两大车的速率随时间的变化即可考证。③同时反向运动质量基真相等翻车：同时推动两质量基真相等的货车相向运动，相撞之后二者基本上速率互换。记录二者的速率随时间的变化曲线即可考证动能守恒和动量守恒。3 / 15四、实验数据及其代办（一）基本实验数据：以下数据是实验顶用到的器械的基本参数木棒 1：铁棒 2：小车 A：小车 B：（二）实验详尽内容及数据：摩擦力的丈量：小车质量为502.48g ，记录 v-t 图像以下所示（此中 v 为货车以必将初速度只受摩擦力运动的速率）：用线性拟合方式分析货车只受摩擦力运动区段的图线， 由图可知，加快度大小为a=0.0153 ±0.00026 （m/）≈ 0.0153 m/，∴摩擦力 f=a ·×502.48 ×N=7.69 ×转动磨擦质数μ≈ ×弹簧劲度系数的丈量：弹簧弹力随货车位移变化曲线以下图：4 / 15用线性拟合方式分析曲线上弹簧形变平添阶段可得其斜率丈量结果为=406±9.1 （ N/m），即为劲度系数。考证动量定律：该实验中货车 A 与木棒 1 共同运动，质量为502.48g=997.92g ，测得曲线以下，此中下部图v 为货车速率， F 为弹簧弹力：5 / 15由曲线可知，碰撞过程中弹簧弹力的冲量为（N·m），小车速率变化量△ v=0.59m/s, 得动量变化量：m△ v=0.59 ×0.998=0.589 （ N·m）百分误差为 22.5%.实验测得的动量与冲量的差值仍是不小的。
产生误差的缘由分析见第五部份。考证机械能守恒定律和动量守恒定律：（ 1）“爆炸”考证动量守恒定律：小车 A 与货车 B 均不负重，质量：502.48g ，实验所得曲线以下述图， 此中红色为货车A 运动曲线，红色为货车 B 运动曲线：6 / 15在该实验中， 我们让货车 B 运动过程中撞到弹簧后回落， 只要要比较在同一时间两车动量即可。如图，取时间 t=1.0800s 时辰分析，（不考虑方向）则两车动量之和为-0.50248 × 0.43- 0.51964 ×0.46= -0.023 （ kg·m/）结果紧靠于“爆炸”以前的动量0，因此才能证明动量守恒。（ 2） 非完整弹性碰撞考证动量守恒定律：小车 A 加载木棒 1，小车 B 加载木棒 2，故质量为：502.48g+495.44g=997.892 ，两大车的运动以下述图所示， 此中红色为货车 A 运动曲线，红色为货车 B 运动曲线：7 / 15由图可知，碰撞曾经时辰，两大车的动量分别为（以货车 A 在碰撞曾经的动量方向为正）：和为碰撞之后：和为-0.19 ×0.26 ×和为：0.43 ×-0.38 ×和为碰撞前后动量之差较小，因此能否考证动量守恒3） 完整弹性碰撞①两大车质量基真相等一个运动货车撞一个静止货车：铁棒 2：8 / 15货车质量：502.48g+495.44g=997.92g ，两者速率随时间变化图以下，此中红色为货车 A 运动曲线，红色为货车 B 运动曲线：计算其动量和机械能以下表所示：小总质第一次第一次第二次第二次车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绿9 / 15线）0049红线）第一次第一次第二次第二次碰撞前碰撞后碰撞前碰撞后动量动量动量动量(kg ·m/(kg ·m (kg ·m(kg ·m/s)/s)/s)s)百分误差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动能动能动能动能338百分误差14.74.00 / 15两次碰撞测得的动量损失分别为 8.06%和 5.27%，以上估算表示：两次碰撞都基本上动量守恒。
动能损失分别为11.00%和 14.74%，这个误差则较大。②大质量运动碰小质量静止：小车 A 不负重，小车 B 载有木棍 1 和木棒 2，质量：小车 A：小车 B：所得曲线以下图，此中红色为货车A，红色为货车B：测得各个碰撞过程的动量以下表所示：质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 / 第一次第一顺序二顺序二次碰撞前碰撞后碰撞前碰撞后动量动量动量动量( kg·m ( kg·m/( kg·m/( kg·m//s)s)s)s)百分误10.02%299.13%差第一次第一顺序二顺序二次碰撞前碰撞后碰撞前碰撞后动能动能动能动能56857百分误15.91%37.95%差根据动量、动能守恒定理第一次碰撞前后、第二次碰撞前后动量、动能应分别基真相等，但结果显示相差很大，特别是第二次碰撞。③同时反向运动质量基真相等翻车：小车质量：502.48g+495.44g=997.92g ，12 / 15货车运动曲线如图，此中红色为货车A，红色为货车B：质量 /kg碰撞前速率碰撞后速率（m/s）(m/s)AB碰撞前动量碰撞后动量（kg·m/s）（kg·m/s）百分误差27.34%碰撞前动能碰撞后动能（J）（J）13 / 15百分误差18.65%从结果来看，偏差仍然较大。
五、偏差分析综合上述实验来看，“爆炸”实验、非完整弹性碰撞实验结果较为切合动量守恒定理，而对比之下，其余几个实验的误差则较大。其可能的缘由以下：运转轨道的问题：在第一个实验中我们丈量了轨道的摩擦力，说了然轨道虽然不是完整圆滑的，因此在运动过程中必将不可以达到动能、动量的守恒。其余，我们的滑轨虽然不是完整水平的，固然我们尽量调整使之水平，可是我们发觉仪器的精度有限，并且调养虽然不是很方便，因此最后只得适宜调养调养便牵强接受了。难以做到“完整弹性碰撞”的实验过程。固然第三部份是用相互敌视的吸铁石来模拟完整弹性碰撞的情况，可是事实上我们发觉当两个货车追尾时，几乎总会直接接触而极难做到仅靠吸铁石的力量就使它们弹开，这样的状况下虽然实验实质距离完整弹性碰撞是有必将差其余，因此动能的衰减必将是会比较大的。其余，“爆炸”实验的模拟也有必将难度。要使两大车自由弹开，就要求我们在摁下两车之间的联结弹簧时不可以对货车形成外来的推动其实抵挡，可是事实上这是很难的，要触及后瞬时隔开才行。为此我们多次试试并选用了此中最优异的状况，可是即使这样仍是无法避免必将的搅乱。此外，也是相同的状况，我们根本无法模拟出完整非弹性碰撞的情况，因为两大车之间吸铁石的引力完整不足以使二者翻车之后便完整粘在一齐不分开，即便我们用了很迟钝的速率也没能做到，因此只得舍弃这一实验。
做完实验代办数据时发觉，对于曲线的分析正确度也是实验误差的症结之一动量定理实验报告，因为实质测得的图线是较为不规则的，因此很难找准一些所须要的点，我们在许多地方须要用目测的方法去寻找发生变化的点，这样测得的结果与实质有必将的差别，并且详尽偏大仍是偏小就会跟随察看者的主观判定而变化，因此这一误差的存在让我们无法判定结果的误差方向。直到代办完数据，我才发觉当时实验操作中的一个大的问题：速度太大。这一看法当前仍停留在直观的分析层面，并无量化其实慎重的分析推论才能支持。我感觉对比而言，现实中的两大车以较大速率翻车时的能量、动量损失要比二者以较小速率翻车时的损失要小很多，但无法说明这一点。此外一点就是试验顶用的弹簧。 我们在丈量弹簧的劲度系数时曾经用到过据悉一种方式，就是用机械能守恒定律来估算，即经过记录形变阶段的形变量和速率变化量便能估算出劲度系数。可是丈量结果与报告中的方式差别较大，相差约为100N/m,14 / 15分析这一现象的产生缘由，我以为不仅图线的分析较为困难（因为不太好判定变化点，形变是很短暂的过程）以外，还有弹簧自己的缘由。固然我们将弹簧看作一个理想的模型代办，但该弹簧质量似乎较大，事实上虽然不是理想的，因此在形变过程中会有一部分能量和动量的损失。
而我们在实验中多次经过弹簧的回调来实现同一运动过程的多阶段丈量，因此这儿自然会有必将的误差出现，特别是表此刻每次实验第二次碰撞的误差要远小于第一次碰撞。六、实验推论1.实验测得滑轨与货车车轮之间的转动磨擦质数约为1.56 ×；2.测得弹簧的劲度系数约为=406±9.1 （ N/m）;经过“爆炸”实验、非完整弹性碰撞实验能否考证动量守恒定律；经过完整弹性碰撞实验基本才能考证动量守恒定律和机械能守恒定律。七、 实查收获自己设计实验的过程中发觉了很多不足， 有时会有实验数据记录不全无法分析数据的状况；为了实现“爆炸”的情况我们进行了大批的试试，也发觉了实验装置的不足之处，好多东西是须要经过试试来发觉的；本次实验的不足在于：一，没有对摩擦力进行清理；二，没有尽量减少货车速率来降低误差（起码个人理解是这样）。八、建议1．实验中发觉动量定理实验报告，仪器的众多性能不足， 如调养水平很困难， 轨道的摩擦力不小，弹簧的性能虽然不可以当作理想弹簧来申领等，特别是货车的吸铁石硬度不足，且弹开时无法做到“爆炸”的充足模拟，表示货车设计出缺点，因此这种性能应该提高；2．实验数据代办软件的代办能力有限 （这也可能是我们使用能力有限导致的）， 有些数据获取不可以很精准，因此软件应该改良。15 / 15