3、用冲击摆测弹丸的速度
实验仪器:冲击摆(J2136型)、直尺、学生天平
实验目的:利用冲击摆较精确地测定弹丸的速度,学习运用动量守恒定律和机械能守恒定律解决实际问题的方法,了解实验装置的设计思想。
实验原理:如图,如果质量为m的弹丸以某一速度v水平射入悬挂着的质量为M的静止摆块中并一起以共同速度v′运动,则在射入过程中,由动量守恒定律得:
mv=(m+M)v′ (1)
在弹丸与摆块一起上升过程中机械能守恒:
(m+M)v′2=(m+M)gh (2)
且h=l(1-cosθ) (3)
由(1)、(2)、(3)可得:
v= (4)
只要在实验中测得M、m、L、θ,则由(4)式可求得弹丸的入射速度。
冲击摆:
教师操作:
(1)将冲击摆放在桌面上,弹簧枪尾部正对实验者。调节底板上的调节螺钉使底板大致呈水平。调整四根悬线的长度,使摆块上表面呈水平,侧面与刻度板平行,前端面与刻度板的零刻度线对齐(若没有对齐,可调整底座上位于一侧中部的螺钉),后端面的入射孔与弹簧枪口正对(偏左或偏右时,也可调节调节螺钉)。
(2)拉动弹簧枪拉手至第一挡,装上弹丸。为减少克服摩擦力而引起的能量损耗,把指针预先拔在适当位置(5°-10°范围)。压下扳机,射出弹丸,弹丸进入摆块后推动摆块一起上升,摆块将指针推动到摆块所能到达的最高位置。在摆块返回时,用手将其止住。记下指针的最大偏角θ。
(3)把指针拨回1°-2°。取出弹丸,观察摆块的静止位置是否理想,并作适当调整。重新把枪机拉在第一挡上,安上弹丸,重复步骤(2)。在第一挡上共做3次。
(4)使枪机处于第二挡及第三挡,重复步骤(2)、(3),每挡做3次。
(5)用尺量出悬线的长度(准确一些,是悬线长在竖直方向的投影长度),用天平测出弹丸和摆块的质量。分别计算各次弹丸的速度,求出每挡速度的平均值。将所有测量和计算结果记入下表中。
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弹丸质量m= kg,摆块质量M= kg,悬线长L= m,g=m/s2 |
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挡次 |
第一挡(低速挡) |
第二挡(中速挡) |
第三挡(高速挡) |
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实验次数 |
1 |
2 |
3 |
1 |
2 |
3 |
1 |
2 |
3 |
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指针偏角 |
测量值 |
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平均值 |
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弹丸速度(m/s) |
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4、验证动量定理
实验仪器:电磁打点计时器(J0203型)、学生电源(J1202型)、轨道(带定滑轮)、小车、纸带、天平(托盘天平或学生天平)、线、砝码、砝码盘
实验目的:验证物体做直线运动时,其动量的增量等于合外力的冲量,以加深学生对动量定理的理解。
动量定理:物体在恒力作用下做直线运动时,动量定理可表述为F合t=mv′-mv只要实验测得F合t与mv′-mv在实验误差范围内相等,则动量定理被验证。而t、v′、v均可由打点纸带测定,F合也可以用平衡法直接测定。当在砝码盘中加适量的砝码,使得小车能沿斜面向上做匀速运动时,线的拉力T就等于砝码盘和砝码所受的重力mg,而T又等于小车所受的重力沿斜面向下的分力,即小车自由释放后沿斜面向下做加速运动的力。
教师操作:
(1)按图装好斜面,往砝码盘中加砝码,直至小车能沿斜面向下做匀速运动,记下砝码和砝码盘所受的重力mg,这就是小车沿斜面自由向下运动时所受力的大小。
(2)用天平称出小车的质量m,保持斜面倾角不变,在斜面顶端装上电磁打点记时器。把纸带穿过打点记时器后系在小车上,。拉引纸带,使小车停在打点计时器附近。接通电源,使打点计时器工作,放开小车,打出纸带后断开电源。
(3)取下纸带,大约隔十个以上的点迹取两个计数点A、B,测出相应的SA、SB、tAB,将有关结果记入下表。
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测量编号 |
小车质量 |
小车加速运动时的合力F |
计数点附近的位移 |
计数点处的即时速度 |
计数点间的时间tAB |
合力的冲量FtAB |
小车的动量增量 |
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SA |
SB |
VA |
VB |
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1 |
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2 |
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3 |
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4 |
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(4)比较Ft与mvB-mvA,看它们在实验误差范围内是否相等,得出结论。重新再取两个计数点进行同样的测算,再次进行验证。
实验仪器:气垫导轨(J2125)、小型气源(J2126)、数字计时器(J0201-CC)、水平尺、弹簧、细线、火柴、滑块2只、重量与滑块相等的重物、天平
教师操作:气垫导轨保持水平;调节好两只滑块到两端挡板的距离,中间压紧弹簧,拴好细线;用火柴烧断细线。
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实验原理:0=mv1-mv2 =>0=ms1-ms2=> s1=s2
0= 2mv1-mv2 =>0=2ms1-ms2=> 2s1=s2