范文一：“碰撞打靶”实验中能量损失的分析]@]@]
@实验名称： “碰撞打靶”实验中能量损失的分析
实验目的与要求： 1.学习研究碰撞现象及其规律 题，提高分析问题、解决问题能力。
实验仪器：
一、实验原理 1. 碰撞
“正碰”两球撞物体的速度都沿着它们质心连线方向的碰撞，两物体碰撞前后的总动量不变，即碰撞时系统的动量守恒。 2. 平抛运动
被撞小球做平抛运动。x=v0t y=3. 单摆运动
电磁铁位置与摆球运动最低点距离为ho。以碰撞点为零势能点，则被吸摆球在最高点的重力势能为E4. 机械能的转化与守恒定律
机械能守恒是理想状态，发生碰撞后，如果不考虑空气的阻力，摆球的单摆运动过程中机械能守恒，因此有mgh二、实验装置示意图
三、实验内容及步骤
1. 观察电磁铁电源切断时，摆球只受重力及空气阻力时的运动情况；观察两球碰撞前后的运动状态；测量两球碰撞的能量损失。
p
12
gt
2
?mgh
。
?
12
mv
2
。
(1) 调整导轨上的两只螺钉，使单摆的悬线与支架平行，即保持导
轨水平。
(2) 用电子天平测量被撞小球质量m=32.8g，并以此作为摆球的质
量。
(3) 测量被撞小球的高度y=16.20cm，选定靶心位置为x=20cm处，
由公式t=
2y
g
，v=，h=
t
x12g
v
2
可得h=6.17cm。
(4) 通过摆线调节摆球的高低和左右位置，确保能在最低点与小球
正碰。
(5) 把摆球吸在磁铁下，保持摆线伸直，调节升降架的高度为
6.17cm。
(6) 让小球自由落下，记下被撞小球击中靶纸的位置X1=18.30cm，
X2=18.40cm，X
3
=18.70cm。
(7) 对摆球高度调整后，再重复若干次实验，以确定能击中靶心的
值，测得小球击中靶纸位置为X1"=19.30cm，X2"=19.60cm，
X3"=20.70cm，此时对应的
h值为7.10cm。
(8) 观察两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。 四、实验数据记录与处理
×10×(7.10-6.17)÷100=0.0030504J
实验靶纸
五、实验结果与分析
由实验数据理论值与真实值的差距可以看出小球从最高点到最低点撞击另一只小球到其平抛落地的过程中是有能量损失的。首先是空气阻力做功能量转化为内能损失，其次是在两个小球碰撞时如果是非弹性碰撞也有部分的能量损失，所以产生误差。
范文二：碰撞打靶实验报告
篇一：大学物理碰撞打靶实验报告碰撞打靶实验
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x?v0t，y?12gt（式t中是从抛出开始计算的时2 间，x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?ep?mgh
5. 质量为m的物体以速度v运动时，其动能为ek?12mv 2
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x。（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x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？
实验原理：（要求同学们能够自己推导有关计算公式，自行设计并画出实验原理图） 以下仅为参考：
1．撞击球下摆至最低点过程，机械能守恒：
（1）
2．撞击球与被撞球发生完全弹性碰撞（正碰），动量守恒：，（2）
3．被撞球以初始速率
做平抛运动：
(3)
（1）、（2）、（3）式得：
式中，为靶心位置，（4） 为撞击球与被撞球高度差的理论值。 为被撞球的高度， 当被撞球的高度为为
由此得碰撞系统在整个运动过程的能量损失应为
， ，撞击球与被撞球高度差的理论值为时，被撞球实际击中靶纸的位置由此，若使被撞球击中靶心，撞击球的初始高度应调高至
，即使得
，
篇二：碰撞打靶实验报告
碰撞打靶实验报告
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x和y推导出时h0的表达式。
由x,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
相关表格下载
碰撞打靶—表格仅供参考，数据要求记录在报告纸上。
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2009/10/1909:17 老师，如果x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2010/04/1511:12
老师，我觉得测量x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x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x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
老师，我有一个问题想请教你。因为有一些公式所以不知道怎么上传。请问一下老师的电子邮箱
同学，这个网站首页的通讯录一栏里能找到所有教师和助教的邮箱。—乐永康2012/03/0722:23
书上实验内容必做内容第三步说根据x来估计y值，怎么估计啊？x=vt;y=1/2gt^2,怎么根据x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2012/05/0717:21
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x就没有什么意义了，究竟如何才能根据x测出y？真的不懂，希望老师能指教！再次感谢！—黄禹铭2012/10/2809:13
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x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x和y大概取什么数值即可，而不是用x测出y，本实验中x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2012/10/2823:10
谢谢老师啦！——黄禹铭2012/10/3022:46
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2012/06/2501:27
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2012/06/2418:57
都保证啊。—高渊2012/06/2501:21
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2012/09/2423:32 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2012/09/2510:23
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2012/10/907:32
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2012/10/1511:09 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2012/11/1622:36
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2012/11/1823:34
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2012/11/2721:40
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2012/11/2808:52篇三：“碰撞打靶”实验中能量损失的分析
内蒙古科技大学
本科毕业论文
题目：碰撞打靶实验中能量损失分析 学生姓名：xxx
学院：物理科学与技术学院
专业：应用物理
班级：08应物
学号：0809810038
指导教师：xxx
二零 一 二年 五月
摘 要
介绍了碰撞打靶实验仪在力学实验中的应用,对实验中的基本原理，实验中所用到的方法，实验过程等进行了阐述，并对实验中所得到的结论进行了分析，发现了质量不同的撞击球对能量损失的影响，同时也分析了空气阻力、摩擦力、非正碰、非弹性碰撞带来的能量损失，这些问题的分析对以后实验的进行提供了一定的帮助。
关键词：
碰撞； 打靶；能量损失
abstract
describes the experimental apparatus targeting collision experiments in the application of mechanics, the basic principle of the experiment, the method used in the experiment, the experiment presented in this paper, the experimental conclusions obtained in the analysis, found the quality of different the impact on the energy loss of the ball, but also of the air resistance, friction, non-regular touch, non-elastic collision caused by energy loss analysis of these issues after the experiments carried out provide some help.
keywords: collision; shooting; energy loss
引言????????????????????????????????5 1基本概念????????????????????????????? 6
1.1关于碰撞???????????????????????????? 6
1.2关于动量守恒和能量守恒????????????????????? 6
1.3关于单摆运动和平抛运动????????????????????? 6 2碰撞打靶实验能量损失的原理???????????????????? 6
2.1装置介绍及使用方法??????????????????????? 6
2.1.1装置介绍??????????????????????????? 6
2.1.2使用方法??????????????????????????? 7
2.2碰撞打靶实验数据的测量????????????????????? 8 3数据记录与处理?????????????????????????? 9
3.1实验中所得到的数据??????????????????????? 9
3.2对数据的处理??????????????????????????11
3.3误差分析????????????????????????????11
3.4对实验结果的分析??????????????????????? 12 4分析各种能量损失的原因????????????????????? 12 结论??????????????????????????????? 13 参考文献????????????????????????????? 14 致谢??????????????????????????????? 15
本实验实是物体间的碰撞，是自然界中普遍存在的现象，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。单摆运动和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的重要概念。本碰撞打靶实验仪研究两个球体的碰撞，以及碰撞前小球的单摆运动和碰撞后被撞球的平抛运动，运用已学到的力学定律去解决打靶的实际问题。并从理论计算与实验结果的差值，求得碰撞前后的能量损失，从而更深入地了解力学原理, 并探讨碰撞中能量损失的诸方面的原因, 是一个较好的设计性研究性物理实验。
范文三：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】
物体间的碰撞是自然界中普遍存在的现象，单摆运动和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概念，本实验研究球体的碰撞前后的单摆运动的差别上，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，从而更深入地理解力原理，提高分析问题、解决问题的能力。
【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x=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
范文四：大学物理碰撞打靶实验报告
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。
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x?v0t，y?12gt（式t中是从抛出开始计算的时2
间，x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?Ep?mgh
5. 质量为m的物体以速度v运动时，其动能为Ek?12mv 2
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X"。（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X"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？
范文五：大学物理碰撞打靶实验报告
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。
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x?v0t，y?12gt（式t中是从抛出开始计算的时2
间，x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?Ep?mgh
5. 质量为m的物体以速度v运动时，其动能为Ek?12mv 2
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X"。（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X"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？
实验原理：（要求同学们能够自己推导有关计算公式，自行设计并画出实验原理图） 以下仅为参考：
1．撞击球下摆至最低点过程，机械能守恒：
（1）
2．撞击球与被撞球发生完全弹性碰撞（正碰），动量守恒：
，
（2）
3．被撞球以初始速率
做平抛运动：
(3)
（1）、（2）、（3）式得：
式中，
为靶心位置，
（4） 为撞击球与被撞球高度差的理论值。 为被撞球的高度，
当被撞球的高度为
为
由此得碰撞系统在整个运动过程的能量损失应为
， ，撞击球与被撞球高度差的理论值为时，被撞球实际击中靶纸的位置
由此，若使被撞球击中靶心，撞击球的初始高度应调高至
，即使得
，
范文六：碰撞打靶实验报告
碰撞打靶实验报告碰撞打靶实验仪。
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x和y推导出时h0的表达式。
由x,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
相关表格下载
碰撞打靶—表格仅供参考，数据要求记录在报告纸上。
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2009/10/1909:17
老师，如果x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2010/04/1511:12
老师，我觉得测量X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X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X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2011/11/0110:36
老师，我有一个问题想请教你。因为有一些公式所以不知道怎么上传。请问一下老师的电子邮箱
同学，这个网站首页的通讯录一栏里能找到所有教师和助教的邮箱。—乐永康2012/03/0722:23
书上实验内容必做内容第三步说根据x来估计y值，怎么估计啊？x=vt;y=1/2gt^2,怎么根据x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2012/05/0717:21
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x就没有什么意义了，究竟如何才能根据x测出y？真的不懂，希望老师能指教！再次感谢！—黄禹铭2012/10/2809:13
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X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X和Y大概取什么数值即可，而不是用X测出Y，本实验中X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2012/10/2823:10
谢谢老师啦！——黄禹铭2012/10/3022:46
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2012/06/2501:27
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2012/06/2418:57
都保证啊。—高渊2012/06/2501:21
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2012/09/2423:32
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2012/09/2510:23
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2012/10/907:32
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2012/10/1511:09
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2012/11/1622:36
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2012/11/1823:34
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2012/11/2721:40
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2012/11/2808:52
范文七：大学物理碰撞打靶实验报告
碰撞打靶实验一． 实验目的
了解碰撞原理，理解碰撞时的动量守恒，机械能的转化和守恒定律
二．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x?v0t，y?12gt（式t中是从抛出开始计算的时2
间，x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?Ep?mgh
5. 质量为m的物体以速度v运动时，其动能为Ek?
三．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。
四．实验内容
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X"。（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X"和y，及计算高度差h-h0=?h的公式） 12mv 2
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。
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？
范文八：碰撞打靶实验仪的改进
2016—2017学年第一学期碰撞打靶试验仪的改进
学校名称: 沈阳科技学院 专业班级: 生物工程1501 学生姓名及学号:
胡慧敏 154320126 侯泽宇 154320127 姚浩雅 154320128 王帅鑫 154320134
指导教师: 韩晓静
碰撞打靶试验仪的改进
关键字：碰撞；打靶；能量损失
摘 要：介绍碰撞打靶试验仪在力学实验中的应用 一、
引言
物体间的碰撞是自然界中普遍存在的现象，从宏观物体的天体的碰撞
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
力学定律解决问题，从而更深入地了解力学原理，并探讨碰撞中能量
损失的诸方面的原因，是一个较好的设计性研究性物理实验。 二、设计原理
假设撞击球的质量为M，被撞球的质量为m，单摆向下运动的过程有：
两球相碰的瞬间，据动量守恒有：
由能量守恒有：
被撞球被撞击后做平抛运动，假设下落的时间为t，有： 由以上公式得：
三、演示实验 （一）实验目的
通过实验研究单摆运动、碰撞和平抛运动规律；研究机械能守恒、动量守恒条件；分析理论和实际的差异并探讨减少这种差异的方法；培养学生在解
决实际问题过程中，利用定性和半定量的方法选取实验方法、设计实验方案和选择实验装置的能力；通过调节实验装置，记录与分析试验数据，加深学生对机械能守恒定律和动量守恒定律的理解。
（二）实验原理
1.碰撞：指两物体相互接触时，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.弹性碰撞：在碰撞过程中没有机械能损失的碰撞。
3.非弹性碰撞：碰撞过程中，形变不能恢复，机械能不守恒，其中一部分转化为内能（热能）。
4.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，物体所作的运动称为平抛运动。
5.动量守恒定律：一个系统不受外力或所受外力之和为零，这个系统的总动量保持不变，这个结论叫做动量守恒定律。
6.机械能的转化和守恒定律：合外力对物体没有做功和所做的功为零。物体在势能和动能相互转化过程中，物体的总机械能（即势能和动能总和）保持不变。
（三）实验仪器 1.该实验仪器结构：
碰撞打靶试验仪由底盘、升降式立柱、小铁球、双线摆、带有升降架的电磁铁、滑槽、触摸板计时器、重力感应测距板等组成。底盘是一个内凹是盒体，使整个仪器的基板，有不让球滚出去的功能，它有三个螺丝用以调节水平。
底盘的中央，是一个升降台，升降台包括圆柱形的外套、空心内柱和接触感应盘及固定螺丝钉四个部分，其内柱可以在外套中自由升降，确定合适的高度后，再用固定螺丝把它固定，实验时被撞球放在内柱顶端的接触感应盘上。盘面光滑，以减少摩擦。
底盘的右侧，有两条滑槽，可供其上的竖尺在水平方向上的移动，竖尺的零点与升降台的零点在一条水平线上，竖尺上有一个升降架，可在尺上升降。升降架上有一块小电磁铁，实验时，用细绳挂在杆上的撞击球被吸在磁铁下，操作时
切断接通磁铁的电源，即可使撞击球自由下摆并撞击到被撞击球上。
底盘的左侧，放有触摸板计时器、重力感应测距板，重力感应测距板的零点与升降台的中心在同一条水平线上，计时器和测距板均与小电脑相连接，计时器的感应膜附着在重力感应测距板上。并且左边放有一张靶纸，撞击球以双线摆运动的形式撞击被撞球，然后被撞球以平抛运动落在底盘的靶纸上。小电脑能够精确显示小球从感应盘离开到撞击靶点的时间以及撞击点到零点的距离。
2.实验的仪器结构图:
3.实物图：
四、实验内容
步骤1.调节实验仪底盘的三个螺丝使底盘水平。
步骤2.用电子天平称量撞击球（直径和材料均与被撞击球相同）的质量为M，被撞击球的质量为m。
步骤3. 推导出被撞球的高度h0和靶心位置x的函数关系式，其推导过程如下：
能量定理： （1）
式中M是撞击球的质量，g是重力加速度，h0是撞击球的高度，y是被撞球的高度，v1是撞击球撞击时的速度。 动量定理：
（2）
由能量守恒有： （3）
V3是碰撞后撞击球的速度，v2是碰撞后被撞球的速度 平抛运动：
（4）
t是两球碰撞时刻到被碰撞球击中靶心位置的时间（触摸感应计时）。
由以上（1）~（4）式解得出（5）式 （5）
如M=m，（5）式可化简为
步骤4.调节撞击球的高低和左右位置，使其在摆动至最低点和被撞球进行正碰。碰撞瞬间侧面如图：
步骤5.在感应片的中心线上，选取某一合适位置贴上靶纸，以靶心为中心确定X值，并以X值为依据确定被撞球h0的高度，调节升降台的高度y,并移动升降架上的竖尺使撞击球在h0的高度被电磁铁吸住，同时系撞击球的两根细绳要拉直。
步骤6.让撞击球撞击被撞球，记下电子屏上显示的被撞击球中靶纸的距离X’（可撞击多次求平均值），据此计算如击中靶心需要增加撞击球的高度△h。
步骤7.球的高度作调整后，再重复若干次实验，以确定能击中靶心的h值，观察撞击球在碰撞前后和碰撞后的运动状态，分析碰撞前后各种能量损失的原因。
步骤8：更换质量不同的球重复上述实验。 五、数据处理与分析 1. 数据处理：表一
表2
表中n为打靶组数，h0为撞击球的理论高度， h1为撞击球击中靶心的实际高度，△h为高度的修正值， y为被撞球的高度，靶的落点， △E为碰撞前后总能量的损失。 注：全国各地重力加速度表 为每组打靶的平均中
（注：计算所使用的重力加速度g均来源于此表）
2. 数据分析
（1）本实验的△E主要有碰撞中的能量损失，空气阻力和被撞球与升降台的摩擦力，h0增加，△E也随之增加，反应了实验的真实状况，因为距离的增加，空气阻力也增加了。 六、结论
（1）由于重力加速度g无法准确测出，所计算出的能量损失依旧存在微小误差。
（2）通过实验验证平抛运动的成立。
（3）利用摆球两边的高度差计算出空气阻力造成的能量损失，也可利用已知的不同材料和不同形状物体的摩擦系数计算碰撞时被撞球和升降台的摩擦造成的能量损失。 七、 创新点
1.在原实验仪器的基础上增加了触摸板计时器、接触感应测距板，并且与小电脑相连接。
2.利用电脑程序测量：平抛的时间和平抛的距离。 3.电磁铁的操控通过开关实现，方便美观。 4.减小了传统测量方式的误差。
5.实验数据精确， 能够精确计算碰撞损失的能量。 6.所需计算结果均由电脑计算，避免了人工计算的错误。 八、结束语
碰撞打靶实验借助于学生熟悉的知识，通过问题驱动学生分析问题，设计
验证方案验证自己的推理，同时提高实验能力，此外，碰撞打靶实验的趣味性非常适合激发学生的兴趣和求知欲。同时也能激发学生对实验仪器的完善和创新。 九、任务分配
范文九：大学物理实验碰撞打靶实验
2.11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。
【实验目的】
（1）研究两个球体的碰撞及碰撞前的单摆运动以及碰撞后的平抛运动
（2）用已学到的力学定律去解决打靶的实际问题
（3）分析实验过程，了解能量损失的各种来源
【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υ0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χ＝υ0t，ｙ＝12gt（式ｔ中是从抛出开始计算的时间，χ是物体在2
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Ep＝mgh
5.质量为m的物体以速度υ运动时，其动能为Ek=1mυ2。2
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）。
【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。
1.调节螺钉2.导轨
7.电磁铁
13.被撞球3.滑块4.立柱10.锁紧螺钉16.靶盒
图15.刻线板11.调节旋钮6.摆球12.立柱8.衔铁螺钉9.摆线14.载球支柱15.滑块碰撞打靶实验仪
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。由于事前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。
小球质量可用天平称衡（天平公用）。
【实验内容】
（一）必做内容：
观察电磁铁电源切断时，单摆小球只受重力及空气阻力时运动情况，观察二球碰撞前后的运动状态。测量二球碰撞的能量损失。
1.调整导轨水平（为何要调整？如何用单摆铅直来检验？）如果不水平可调节导轨上的两只调节螺钉。
2.用天平测量被撞球（直径和材料均与撞击相同）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（如何估计？），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（如何测量），然后将细绳拉直。
6.让撞击球撞击被撞球，记下被撞球击中靶纸的位置。（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X"和y，及计算高度差h-h0=Δh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；请老师检查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
观察二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。）
【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Δh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？
m6.定量导出本实验中碰撞时传递的能量e和总能量E的比ε＝e/E与两球质量比μ=1的关系。m2
7.本实验中，球体不用金属，用石蜡或软木可以吗？为什么？
8.举例说明现实生活中哪些是弹性碰撞？哪些是非弹性碰撞？它们对人类的益处和害处如何？
9.据科学家推测，6500万年前白垩纪与第三纪之间的恐龙灭绝事件，可能是由一颗直径约10km的小天体撞击地球造成的。这种碰撞是否属于弹性碰撞？
【实验拓展】
1.*本实验中，即使操作完全正确，撞击球高度的计算值h0与实际值h仍然是不同的，请分析其主要原因（如空气阻力、摩擦力、非正碰、非弹性碰撞
等等），并设计实验来验证你的结论。
2.用石蜡、软木或其他软材料自制被撞球，重复
上述实验，比较实验结果，并讨论之。
3.有一个长方体七球实验架如图2所示，球体是
用实心硬塑料制成，直径8cm，质量约为140g，悬挂
在框架两横梁对应的挂钩上，每一相邻挂钩相距恰好
等于塑料球的直径，球心处在同一水平线上，球与球
之间刚好接触，球体在运动时能保持在一个铅垂平面
内。用该实验架做质量相等和质量不等的弹性碰撞和
完全非弹性碰撞实验，并找出其规律。（用黑封泥可以
将两个或数个球粘接在一起，还可以增加球的质量。）图2七球碰撞架
【实验数据及数据处理】
1.数据测量：表1打靶前各参数测量值
球的质量m/g球的直径d/cmy/cmx/cmｈ0计算值/cm
2.打靶记录表2各次打靶测量数据
击中位置
ｈ0/cm打靶次数
1中靶环数平均值修正值Δｈ/cmx1/cm/cm
击中位置
1/cm平均值打靶次数
4中靶环数x1/cm/ｃｍ修正值Δｈ/cm
3.结论：能击中十环的ｈ值为cm。本地区重力加速度为ｇ＝ｍ/s2，碰撞过程中的总能量损失为
mg(h1-h0)=J
4.求碰撞打靶中A类不确定度
现以ｈ＝cm，ｙ＝cm进行打靶。其X的数据记录在表3表3在相同条件下，重复测量10次结果
打靶次数
X位置
1ｈ∑Xｉ＝ｎｉ＝12（Xｉ－∑ｎ12345678910cm，
cmuA＝1ｎ（ｎ－1）＝cm得X=X±uA(x)=
选做内容（略）同必做内容，但要注意是在m1≠m2的情况下的实验。
【参考资料】
1.沈元华、陆申龙基础物理实验，北京：高等教育出版社，2003：29－32。
2.沈元华等设计性研究性物理实验教程，上海：复旦大学出版社，2004：2－4。
3.郑永令、贾起民、方小敏力学，北京：高等教育出版社，2002：179－183。
范文十：4.2“碰撞打靶”实验中能量损失的分析
4.2“碰撞打靶”实验中能量损失的分析一、试验目的、意义和要求
物体间的碰撞是自然界中普遍存在的现象；单摆运动和平抛运动是运动学中的基本内容；能量守恒是力学中的重要概念。本实验研究两个球体的碰撞及碰撞前后的单摆运动和平抛运动，应用已学到的力学定律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，从而更深入的理解力学原理，并提高分析问题、解决问题的能力。
二、参考书籍与材料
1.郑永令，贾起民。力学。上海：复旦大学出版社，2001。
2.沈元华，陆申龙。基础物理实验。北京：高等教育出版社，2003。
三、实验前应回答的问题
（一）关于单摆运动和平抛运动
1.什么是单摆？什么是单摆运动？单摆运动中，动能与势能是如何相互转换的？在加速度为g的重力场中，质量为m的单摆的最大速度v与最大高度h的关系如何？实际的单摆运动中可能有哪些能量损失？如何判断和测量这些能量损失的大小？
２．什么是平抛运动？平抛运动中，动能与势能是如何相互转换的？质量为ｍ、初速度为ｖ的平抛物体所抛出的水平距离ｘ和下落的铅直距离ｙ的关系如何？平抛运动中可能有哪些能量损失？如何判断和测量这些能量损失的大小？
（二）关于碰撞
１．什么是弹性碰撞？什么样的碰撞可看作弹性碰撞？实际上是否有真正的弹性碰撞？２．什么是非弹性碰撞？非弹性碰撞中是否有能量损失？什么是完全非弹性碰撞？什么样的碰撞可看作完全非弹性碰撞？实际上是否有真正的完全非弹性碰撞？
３．什么是正碰撞？什么是斜碰撞？正碰撞或斜碰撞和弹性碰撞或非弹性碰撞是否有关？（三）关于能量守恒和动量守恒
１．什么是能量？什么是机械能？什么是动量？
２．在什么条件下，体系的总能量守恒？在什么条件下，体系的机械能守恒？３．在什么条件下，体系的总动量守恒？在非弹性碰撞中，总动量是否守恒？
四、实验室可提供的主要器材
１．“碰撞打靶”装置。用两细绳挂在两杆上的铁质“撞击球”被吸在升降架上的电磁铁下；与撞击球质量和直径都相同“被撞球”放在升降台上。升降台和升降架可自由调节其高度。可在滑槽内横向移动的竖尺和固定的横尺用以测量撞击球的高度ｈ、被撞球的高度ｙ和靶心与被撞球的横向距离ｘ。
２．不同大小、不同材料的撞击球和被撞球。３．游标卡尺、电子天平、钢尺等。
1.调节螺钉2.导轨7.电磁铁13.被撞球
8.衔铁螺钉
3.滑块9.摆线
4.立柱10.锁紧螺钉16.靶盒
5.刻线板11.调节旋钮
6.摆球12.立柱
14.载球支柱15.滑块
图1
碰撞打靶实验仪
五、实验内容
１．按照靶的位置，计算无能量损失时撞击球的初始高度ｈ０（要求切断电磁铁的电源时，撞击球下落与被撞球相碰撞，使被撞球击中靶心）。
２．以ｈ０值进行若干次打靶实验，确定实际击中的位置（考虑如何确定？）；根据此位置，计算ｈ值应移动多少才可真正击中靶心？
３．再进行若干次打靶实验，确定实际击中靶心时的ｈ值；据此计算碰撞过程前后机械能的总损失为多少？
４．分析能量损失的各种来源，设计实验以测出各部分能量损失的大小。
５．改用不同材料、不同大小的撞击球和被撞球进行上述实验，分别找出其能量损失的大小和主要来源。
对上述各实验结果进行分析、研究，并设计和进行进一步的实验以得出一般性的结论，考虑提出改进意见。
六、实验报告的要求
１．写明本实验的目的和意义。
２．阐述实验的基本原理、设计思路和研究过程。３．记下所用仪器、材料的规格或型号、数量等。
４．记录实验的全过程，包括实验步骤、各种实验现象和数据处理等。５．分析实验结果，讨论实验中出现的各种问题。６．得出实验结论，并提出改进意见。
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