PASCO物理組合實(shí)驗(yàn)系列動(dòng)力學(xué)組合實(shí)驗(yàn)

1、PASCO物理組合實(shí)驗(yàn)系列動(dòng)力學(xué)組合實(shí)驗(yàn)朱良銥白志剛編譯上海交通大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心目錄引言實(shí)恒驗(yàn)1爆炸時(shí)動(dòng)量守1實(shí)驗(yàn)2碰撞中動(dòng)量守3恒實(shí)子驗(yàn)3簡(jiǎn)諧振5實(shí) 驗(yàn)4斜 面 上 的 振8動(dòng).實(shí) 驗(yàn)5彈 簧 的 串 、 并10聯(lián).實(shí) 驗(yàn)6牛 頓 第 二 定12律.實(shí) 驗(yàn)7牛 頓 第 二 定 律13n .實(shí) 驗(yàn)8沿 斜 面 下 滑 的 加 速15度.實(shí) 驗(yàn)9能 量 守17恒. 實(shí)驗(yàn)10擴(kuò) 展 性 推 薦 實(shí)20驗(yàn).實(shí)驗(yàn)A質(zhì)心不20變.實(shí)驗(yàn)E二小車和三彈簧的振動(dòng)模20式.實(shí) 驗(yàn)C牛 頓 第 二 定 律20（川）.實(shí)驗(yàn)D阻尼運(yùn)20動(dòng).實(shí) 驗(yàn)E用 氣 球 推 進(jìn) 的 火 箭20車.實(shí)驗(yàn)F三輛小車和四根彈簧的振動(dòng)模

2、20式.實(shí)驗(yàn)G多重彈性碰20撞.撞實(shí)驗(yàn)H多重非彈性碰20補(bǔ)驗(yàn)充部分：傳感器推薦實(shí)21I轉(zhuǎn)動(dòng)位移傳感器/力學(xué)導(dǎo)軌系統(tǒng)組合裝置(RMS/IDS 21Kit )實(shí) 驗(yàn)1經(jīng)受彈性碰撞小車的速度和加速度的相關(guān)21性實(shí)驗(yàn)2非 彈性碰撞的動(dòng)量與沖量的比23較實(shí) 驗(yàn)3在 非 彈性碰撞中動(dòng)能減少時(shí)動(dòng)量守25恒實(shí) 驗(yàn)4彈性碰撞中的動(dòng)量和動(dòng)能守29恒n轉(zhuǎn)動(dòng)位移傳感器32RMS)實(shí) 驗(yàn)4力與位移的關(guān)系小車與力傳感器間的碰32撞實(shí)驗(yàn)5拖動(dòng)大滑輪的小車的加速33度實(shí)驗(yàn)8簡(jiǎn)諧振動(dòng)小車與彈簧系34統(tǒng)實(shí)驗(yàn)11渾35沌.動(dòng)力學(xué)組合實(shí)驗(yàn)（力學(xué)軌道小車組合實(shí)驗(yàn)）（原文編號(hào)：01205024 E）引言PASCO ME9458力學(xué)小車及

3、附屬軌道裝置可利用動(dòng)力學(xué)小車（ME9430）和碰撞小車（ME9454）做多種實(shí)驗(yàn)。該軌道結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可方便地調(diào)整到最佳狀態(tài)，它適應(yīng)大部分直線 運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)。軌道裝置的特點(diǎn)有： （1）有可調(diào)整水平的腳架； （2）具有低磨擦的輪槽， 使小車甚至在碰 撞后仍保持準(zhǔn)直； （3）有機(jī)動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)桿， 對(duì)斜面實(shí)驗(yàn)的傾角可調(diào)； （4）有耐用的可調(diào)止停 終端，用來(lái)保護(hù)小車。實(shí)驗(yàn) 1 爆炸時(shí)動(dòng)量守恒實(shí)驗(yàn)設(shè)備帶質(zhì)量塊的力學(xué)小車(ME9430)碰撞小車(ME9454)力學(xué)小車軌道實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋緦?shí)驗(yàn)的目的是證明兩輛彼此推斥的小車動(dòng)量守恒。實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)兩輛小車彼此推斥， 而且無(wú)凈外力時(shí)，兩小車的動(dòng)量之和是守恒的。如果系統(tǒng)最初是靜止

4、的，那么兩小車最終的動(dòng)量必然是等值反向，而系統(tǒng)最后的總動(dòng)量仍然是零。P m1v1m2v20所以，小車末速度之比等于小車質(zhì)量之比：v1m2v2m1為了簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)，可將原靜止小車時(shí)的出發(fā)點(diǎn)， 選擇在使兩輛小車恰好同時(shí)到達(dá)兩側(cè)軌道終點(diǎn)的 位置。速度等于距離除以時(shí)間， 由于每輛小車的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等，所以速度可以用測(cè)量距離來(lái)代替，即：v_ 2X _X1v2X2 x2t因此，距離之比將反比于質(zhì)量之比：x1m2x2m1實(shí)驗(yàn)步驟1調(diào)整軌道水平。可放輛小車在軌道上， 看小車是否滾動(dòng)， 調(diào)整水平調(diào)節(jié)腳的高低， 直到 靜止放置的小車不會(huì)滾動(dòng)為止。2在以下每種情況開(kāi)始時(shí)，都將力學(xué)小車的柱塞全部推入,米尺天平并鎖定在它們的

5、最大限度狀態(tài)（如圖1.1）,然后使兩輛小車以柱塞端相對(duì)靠在一起。3用一根短棒推柱塞釋放按鈕，注意兩輛小車將運(yùn)動(dòng)到軌道的兩端。實(shí)驗(yàn)從不同地點(diǎn)開(kāi)始, 直到兩輛小車同時(shí)到達(dá)各自的軌道端點(diǎn)為止。稱出兩輛小車的重量，將質(zhì)量和起始位置記入表1.1中。情況1:質(zhì)量相等的小車對(duì)（用兩輛不加附加質(zhì)量塊的小車）情況2:不等質(zhì)量的小車對(duì)（一輛小車上加一塊質(zhì)量塊，另一輛不加）情況3:不等質(zhì)量的小車對(duì)（一輛小車上加一塊質(zhì)量塊，另一輛不加） 情況4:不等質(zhì)量的小車對(duì)（一輛小車上加一塊質(zhì)量塊，另一輛加一塊）表1.1質(zhì)量1質(zhì)量2位置X1X2X1/X2M2/M1數(shù)據(jù)處理1對(duì)每種情況，計(jì)算從起始位置到軌道端點(diǎn)運(yùn)行的距離。結(jié)果記在

6、表1.1中。2計(jì)算運(yùn)行距離的比值，記入表中。3計(jì)算質(zhì)量的比值，記入表中。問(wèn)題1在每種情況下，距離的比值等于質(zhì)量的比值嗎？換言之，動(dòng)量守恒嗎？2質(zhì)量不等的小車彼此推開(kāi)時(shí)，哪一輛小車的動(dòng)量較大？3質(zhì)量不等的小車彼此推開(kāi)時(shí)，哪一輛小車的動(dòng)能較大？4起始位置和哪一輛車有柱塞開(kāi)關(guān)有關(guān)嗎？為什么？實(shí)驗(yàn) 2 碰撞中動(dòng)量守恒實(shí)驗(yàn)設(shè)備帶質(zhì)量塊的力學(xué)小車（ME-9430）碰撞小車（ME -9454）2套磁阻尼裝置（已就位）實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋緦?shí)驗(yàn)的目的是定性驗(yàn)證彈性和非彈性碰撞時(shí)動(dòng)量守恒。實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)兩輛小車彼此碰撞時(shí)， 無(wú)論是何種碰撞，兩車的總動(dòng)量P mv是守恒的。彈性碰撞時(shí), 兩車彼此彈開(kāi)，其動(dòng)能不減少。在該實(shí)驗(yàn)中，碰撞

7、過(guò)程中的磁阻尼將使由于磨擦造成的能量損 失最小。事實(shí)上，所謂“彈性”碰撞總有點(diǎn)非彈性的。完全非彈性碰撞是兩輛小車碰撞后彼此 粘連的情況，在這種實(shí)驗(yàn)中，是由在小車端部裝有搭鉤條和軟毛毯條來(lái)實(shí)現(xiàn)的。實(shí)驗(yàn)步驟1用放一部小車在軌道上，看它如何滾動(dòng)，來(lái)調(diào)平軌道。調(diào)整軌端的水平調(diào)節(jié)腳的升降， 直至靜止放在軌道上的小車不左右運(yùn)動(dòng)時(shí)為止。2對(duì)下面每種情況畫(huà)2張圖表（一張用于碰撞前，一張用于碰撞后）。在每張圖中，用一與小車的速度大約成比例的長(zhǎng)度來(lái)表示每一輛小車的速度矢量。第一部分彈性碰撞A、質(zhì)量相等的小車組使兩輛小車的磁阻尼彼此相對(duì)放置。情況1將一部小車放在軌道中央，然后給另一輛小車一個(gè)相對(duì)靜止小車的初速度。情

8、況2:開(kāi)始時(shí)，兩輛小車都在軌道的各一端，再給每一輛小車一個(gè)相向的大致相同的速 度。情況3:開(kāi)始時(shí)，兩輛小車放在軌道上同一端，先給第一輛小車一個(gè)較小的速度，再給第力學(xué)小車軌道紙二輛小車一個(gè)較大的速度，并使第二輛小車追上第一輛小車。圖2.1E、質(zhì)量不相等的小車組加兩條質(zhì)量塊在一輛小車上，這輛小車的質(zhì)量（3 M）大約是另一輛小車（1M）的三倍。情況1:放3M小車靜止在軌道中央，給另一輛小車一個(gè)對(duì)著靜止小車的初速度。情況2:放1 M小車靜止在軌道中央，給3M小車一個(gè)朝著靜止小車的初速度。情況3:開(kāi)始時(shí)兩輛小車分別在軌道兩端，給每一輛小車相對(duì)的大致相同的速度。情況4:開(kāi)始時(shí)兩輛小車同在軌道一端，給第一輛

9、小車一個(gè)較低的速度，而給第二輛小 車一個(gè)較快的速度，并使第二輛小車追上第一輛小車。要進(jìn)行兩種情況:使1M小車做第一輛，然后使3M小車做第一輛。第二部分 完全非彈性碰撞3放置兩輛小車使它們的搭鉤條與毯條端部彼此相對(duì)， 將小車的柱塞桿完全推進(jìn)去， 使它 不會(huì)影響碰撞。4用相同質(zhì)量和不同質(zhì)量的小車組，重復(fù)列在第一部分中的相同的實(shí)驗(yàn)步驟。問(wèn)題:1當(dāng)有相同質(zhì)量和相同速度的小車對(duì)碰并且粘在一起時(shí)， 它們停止不動(dòng)了。 每一輛小車的 動(dòng)量發(fā)生什么變化？動(dòng)量還守恒嗎？2當(dāng)有相同質(zhì)量和相同速度的小車對(duì)碰并且彼此彈開(kāi)時(shí)，小車組最終的總動(dòng)量是多少？實(shí)驗(yàn) 3 簡(jiǎn)諧振子實(shí)驗(yàn)設(shè)備帶質(zhì)量塊的力學(xué)小車（ME-9430）2根彈簧

10、砝碼架和砝碼細(xì)線作圖紙實(shí)驗(yàn)?zāi)康臏y(cè)量一個(gè)彈簧和質(zhì)量系統(tǒng)的振動(dòng)周期，并與理論值比較。實(shí)驗(yàn)原理理論上彈簧振子的振動(dòng)周期T 2Jm，式中T為一個(gè)完整的往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)間，m為振子V k的質(zhì)量，k為彈性系數(shù)。根據(jù)虎克定律，對(duì)彈簧的作用力與彈簧壓縮或伸長(zhǎng)的距離成正比，F(xiàn)=kx，這里k是彈性系數(shù)。因此彈性系數(shù)可以用實(shí)驗(yàn)來(lái)確定， 即加不同的力使彈簧伸長(zhǎng)不同的距離， 然后繪制力與 距離的關(guān)系曲線，得到的直線的斜率等于k。實(shí)驗(yàn)步驟I計(jì)算理論上周期的測(cè)量1用天平稱出小車的質(zhì)量，填入表3.1表端。2用靜止放在軌道上的小車看它如何滾動(dòng)來(lái)調(diào)軌道水平。調(diào)節(jié)軌道端部水平調(diào)節(jié)腳的升降，直到靜止放置的小車不會(huì)在軌道上滾動(dòng)為止。將帶有桌

11、式夾座的輕滑輪安裝在軌道一端。3將小車放在軌道上， 在小車兩端各裝一個(gè)彈簧，彈簧的一端插在小車的小孔內(nèi)，另一端裝在軌道端部止動(dòng)架上（見(jiàn)圖3.1）力學(xué)小車軌道支架輕滑輪停表天平（SE -8723）4縛一根細(xì)線在小車的端部，并繞過(guò)滑輪掛一砝碼架如圖。Supr Puilty witn ClampFigure 3.13 圖弓眾t Setup5在表3.1中記下平衡位置。6增加砝碼架上砝碼， 記下新的位置。對(duì)5次不同的砝碼量重復(fù)做這項(xiàng)工作。小心不可超過(guò)彈簧的彈性限度。由于有兩根彈簧作用在質(zhì)量上，這種方法給出的是兩根彈簧的總彈 性系數(shù)。表3.1小車質(zhì)量=平衡位置=增加的質(zhì)量位置相對(duì)平衡位置的位移作用力（mg

12、）n實(shí)驗(yàn)周期的測(cè)量7將小車從平衡位置移開(kāi)一個(gè)特定的距離，測(cè)量振動(dòng)5次的時(shí)間，并記在表3.2中。8對(duì)同一初位移（振幅），至少重復(fù)5次測(cè)量。9在小車上增加500 g質(zhì)量，測(cè)量5次5個(gè)振動(dòng)的時(shí)間。將這些數(shù)據(jù)記錄在表3.2中。表3.2實(shí)驗(yàn)次數(shù)振動(dòng)5次的時(shí)間周期1沒(méi)有附加質(zhì)量2345平均值1帶有附加質(zhì)量2345平均值數(shù)據(jù)處理I理論的周期1利用表3.1的數(shù)據(jù)繪制力與位移的關(guān)系曲線，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)畫(huà)出最適當(dāng)?shù)闹本€，并求出直線的斜率，該斜率等于實(shí)際的彈性系數(shù)k。k=_。2利用小車的質(zhì)量和彈性系數(shù)，用理論計(jì)算式計(jì)算出周期。再計(jì)算對(duì)裝有500克質(zhì)量塊的小車系統(tǒng)的理論周期。只有小車時(shí)T= _小車上加質(zhì)量時(shí)T= _n

13、實(shí)測(cè)的周期1禾U用表3.2的數(shù)據(jù)，計(jì)算在小車內(nèi)裝和沒(méi)裝500克質(zhì)量塊時(shí)，振動(dòng)5次的平均時(shí)間。2用5來(lái)除這些時(shí)間得到周期，并填入表3.2中。3比較以上結(jié)果，計(jì)算實(shí)測(cè)值和理論計(jì)算周期值的百分誤差。只有小車時(shí)E= _裝有質(zhì)量塊時(shí)E= _問(wèn)題：1當(dāng)質(zhì)量增加時(shí)，振動(dòng)的周期是增加還是減少？較重的小車振動(dòng)是較快，還是較慢？2如果對(duì)平衡位置的初位移（振幅）發(fā)生變化，其振動(dòng)周期改變嗎？試一下。實(shí)驗(yàn) 4 斜面上的振動(dòng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備帶質(zhì)量塊的力學(xué)小車（ME-9430）彈簧底座及支桿（ME -9355）天平附止動(dòng)端架和旋軸架的力學(xué)小車軌道砝碼及吊架（ME -9348）停表實(shí)驗(yàn)?zāi)康臏y(cè)量在不同傾角斜面上的彈簧和質(zhì)量系統(tǒng)的振動(dòng)周

14、期，并將它與理論值比較。實(shí)驗(yàn)原理時(shí)間，m是振子質(zhì)量，k是彈性系數(shù)。根據(jù)虎克定律F=kx。因此測(cè)量作用力F與彈簧變形量x的對(duì)應(yīng)關(guān)系，便可作圖求得直線 的斜率k。實(shí)驗(yàn)步驟I計(jì)算理論上周期的測(cè)量1用天平稱出小車的質(zhì)量，將它記錄 在表4.1端部。2將小車放在軌道上，在小車一端的 專用小孔上掛一彈簧，彈簧的另一 端掛在軌道的端部檔架上（如圖4.1）。3升高掛有彈簧的軌道尾端，使軌道 傾斜，由于彈簧被拉伸，注意軌道 傾角不能太大，使彈簧的伸長(zhǎng)不要 大于軌道長(zhǎng)度的一半，測(cè)量這個(gè)傾 角并記入表4.1上方。4記錄平衡位置在表4.1中。5在小車上加一質(zhì)量塊并記錄新的位置。 超過(guò)彈簧的彈性限度。n測(cè)量實(shí)驗(yàn)周期6將小

15、車從平衡位置移開(kāi)一特定的距離讓它運(yùn)動(dòng)。測(cè)量振動(dòng)7用相同的初位移（振幅），至少5次重復(fù)這一實(shí)驗(yàn)。8改變斜面的傾角，重復(fù)步驟和。表4.1小車質(zhì)量=平衡位置=傾角=彈簧振子振動(dòng)周期的理論值計(jì)算式為用5個(gè)不同的總質(zhì)量重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。注意決不能3次的時(shí)間并記在表4.2中。個(gè)完整的往復(fù)運(yùn)動(dòng)所需的AdjustatMflEnd Slop圖4.1附加質(zhì)量位置離平衡點(diǎn)的位移力(mgsin)表4.2振動(dòng)3次的時(shí)間角度次數(shù)12345平均周期數(shù)據(jù)處理I理論的周期1禾U用表4.1的數(shù)據(jù)，計(jì)算由小車上的附加質(zhì)量所引起的力F mgsin,角為斜面的 傾角。繪制力與位移的關(guān)系曲線。 通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)畫(huà)出最合適的直線， 并求出斜率。

16、該斜率等 于等效的彈性系數(shù)k。k=_2利用小車的質(zhì)量和彈性系數(shù)，計(jì)算由理論公式算出的周期。T= _n實(shí)測(cè)的周期3禾U用表4.2的數(shù)據(jù)，計(jì)算振動(dòng)3次的平均時(shí)間。4將這些時(shí)間除3，計(jì)算出周期，并記入表4.2。問(wèn)題1改變傾角時(shí)，周期變化嗎？2實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值比較如何？3傾角改變時(shí)，平衡位置變化嗎？4如果傾角是90,周期該是多少？實(shí)驗(yàn) 5 彈簧的串、并聯(lián)實(shí)驗(yàn)設(shè)備帶質(zhì)量塊的力學(xué)小車（ME-9430）帶停止端的力學(xué)小車軌道2根彈簧實(shí)驗(yàn)?zāi)康臏y(cè)量彈簧串、并聯(lián)時(shí)的振動(dòng)周期，并和單個(gè)彈簧的振動(dòng)周期比較。實(shí)驗(yàn)原理rm42m彈簧振子理論上的振動(dòng)周期T 2 .,如果測(cè)得振動(dòng)的周期，則彈性系數(shù)k。 kT2當(dāng)兩個(gè)彈簧串聯(lián)

17、或并聯(lián)時(shí)，其彈性系數(shù)將發(fā)生變化。一種情況下，將增加另兩倍，即k等數(shù)=k11121+k=2k；另一種情況下為 ，即k等數(shù)=k。k等效k k k2實(shí)驗(yàn)步驟I測(cè)量單個(gè)彈簧的k1用天平稱出小車的質(zhì)量， 將數(shù)值記在表5.1的上部。2小車放在軌道上，在小車一端的小孔上 掛上彈簧，再將彈簧的另一端掛在軌道 的端部，如圖5.1。注意：本實(shí)驗(yàn)應(yīng)拿掉水平調(diào)節(jié)腳。3抬起掛有彈簧的軌道一端，使軌道傾 斜，彈簧將被拉長(zhǎng)。注意使軌道的傾角 較小，彈簧的伸長(zhǎng)不可大于軌長(zhǎng)的一 半。4將小車從平衡位置移開(kāi)一個(gè)特點(diǎn)的距 離后，讓它運(yùn)動(dòng)。記錄振動(dòng)2次的時(shí)間 在表5.1中。用相同的初位移（振幅）， 至少5次重復(fù)這一測(cè)量。n測(cè)量一對(duì)彈

18、簧的等效k5加上串聯(lián)第2個(gè)彈簧，如圖5.2所示。 并重復(fù)步驟。底座和支桿（ME -9355）天平計(jì)時(shí)表6如圖5.3,并聯(lián)兩個(gè)彈簧，重復(fù)步驟。2用2除以這個(gè)時(shí)間，計(jì)算周期，并記入表3利用周期和小車的質(zhì)量，計(jì)算等效彈性系數(shù)。表5.1振動(dòng)2次的時(shí)間小車質(zhì)量=彈簧次數(shù)12345平均周期K一個(gè)串聯(lián)并聯(lián)最后問(wèn)題1是串聯(lián)時(shí)，還是并聯(lián)時(shí)k等數(shù)=2k?2是串聯(lián)時(shí)，還是并聯(lián)時(shí)k等數(shù)=k?23最后一種安裝彈簧方式，是串聯(lián)還是并聯(lián)?數(shù)據(jù)處理1利用表5.1的數(shù)據(jù)，計(jì)算振動(dòng)2次的平均時(shí)間。5.1中。圖5.3按圖5.4裝配彈簧，并重復(fù)步驟。圖5.4實(shí)驗(yàn) 6 牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)設(shè)備帶質(zhì)量塊的力學(xué)小車（ME -9430）計(jì)時(shí)表力

19、學(xué)小車軌道實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋緦?shí)驗(yàn)?zāi)康氖钦f(shuō)明一個(gè)物體的加速度是由所受力和質(zhì)量決定的。實(shí)驗(yàn)步驟1將小車放在軌道上， 利用看小車如何滾動(dòng)將軌道調(diào)水平， 調(diào)節(jié)腳升降軌端， 直到在軌道 上靜止安放的小車不動(dòng)為止。2板起小車的彈性塞柱， 使塞柱面對(duì)停止端， 并將小車靜止地放在軌道一端。 然后用尺壓 小車上的按鈕放開(kāi)塞柱，觀察小車獲得的加速度。這是一種定性的測(cè)試。3將彈性塞柱板在第一個(gè)可能的位置， （壓力最?。┳龅谝淮螌?shí)驗(yàn)，然后用增加塞柱壓力 來(lái)增加對(duì)小車的作用力。至少做兩次實(shí)驗(yàn)，觀察獲得加速度的情況。4將彈性塞柱板到最大位置，改變小車質(zhì)量。觀察單獨(dú)一輛小車和放有一個(gè)質(zhì)量塊的小車 的相應(yīng)加速度。如果可以得到附加質(zhì)量

20、塊，利用它們?cè)黾有≤囐|(zhì)量做附加實(shí)驗(yàn)。數(shù)據(jù)處理1如果增加作用力，加速度是增加還是減少？2如果增加質(zhì)量，加速度是增加還是減少？問(wèn)題從上述實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，你能導(dǎo)出加速度對(duì)質(zhì)量和作用力間的方程式嗎？實(shí)驗(yàn) 7 牛頓第二定律（H）實(shí)驗(yàn)設(shè)備力學(xué)小車（ME -9430）帶支架輕滑輪細(xì)線計(jì)時(shí)表天平力學(xué)小車軌道底座與支桿（ME -9355）砝碼與掛架木或鐵制的止停架實(shí)驗(yàn)?zāi)康尿?yàn)證牛頓第二定律F=ma。實(shí)驗(yàn)原理根據(jù)牛頓第二定律F=ma,卩是作用在質(zhì)量為m的物體上的凈力，a是物體所得到的加速度。對(duì)一個(gè)置于水平軌道上質(zhì)量為mi的小車，縛一根細(xì)線，使它繞過(guò)滑輪吊一重物m2（如圖7.1）。設(shè)磨擦力可以忽略， 這時(shí)作用在整個(gè)運(yùn)動(dòng)系

21、統(tǒng)（小車和懸掛物）的凈力F即是懸掛物的重力，F(xiàn) = m2g。根據(jù)牛頓第二定律，合外力等于ma。這里m是正在加速的總質(zhì)量，即mi+m2。本實(shí)驗(yàn)應(yīng)驗(yàn)證在忽略磨擦力時(shí)，m2g等于（mi+m2）a測(cè)量小車從靜止開(kāi)始，運(yùn)動(dòng)一定距離d所需要的時(shí)間t,可以獲得加速度。因?yàn)閐=at2,所以加速度為2實(shí)驗(yàn)步驟1利用靜止停放的小車，將軌道調(diào)整水平。2用天平稱出小車質(zhì)量，并記入表3在軌道端部安裝滑輪支架，如 圖7.1 o置小車于軌道上，并穿 一根細(xì)線在小車端部的小孔中 縛住，線的另一端系一砝碼架。 細(xì)線的長(zhǎng)度必須足夠使重物落 到地板之前，小車恰好碰到止4拉回小車直到重物碰到滑輪,在表7.1上方記下小車位置，這將是所

22、有實(shí)驗(yàn)的釋放位置。先進(jìn)行試操作以決定在砝碼2dt2（設(shè)a為常數(shù)）7.1中。圖7.1架上加多少砝碼才能使小車約2秒鐘完成運(yùn)動(dòng)。由于測(cè)量有反應(yīng)時(shí)間，總時(shí)間太短將會(huì)產(chǎn)生較大的誤差，然而如果小車運(yùn)動(dòng)太慢，磨擦也會(huì)引起較大誤差。將砝碼架的質(zhì)量記 在表7.1中。5將小車靠放在軌道端部滑輪前的止停檔板上，把小車的最后位置記在表7.1內(nèi)。6至少測(cè)量5次時(shí)間，并記入表7.1中。7增加小車的質(zhì)量，并重復(fù)以上步驟。表7.1時(shí)間小車質(zhì)量懸掛物質(zhì)量次數(shù)12345平均時(shí)間開(kāi)始釋放時(shí)位置=_，最后位置_總距離（d） =_ 。數(shù)據(jù)處理1計(jì)算平均時(shí)間，記入表7.1。2用表7.1中小車的初始位置和末位置計(jì)算出運(yùn)行的總距離。3計(jì)算

23、加速度并記入表7.2。4對(duì)每一種情況，計(jì)算總質(zhì)量乘以加速度，并記入表7.2。5對(duì)每一種情況，計(jì)算作用于系統(tǒng)的合外力（凈力），并記入表7.2。6計(jì)算F凈力和（m1+m2）a之間的百分差，并記入表7.2。表7.2小車質(zhì)量加速度(m1+m2)aF凈力=m2g%百分差問(wèn)題1實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否證明了F=ma?2考慮到摩擦力，你認(rèn)為懸掛物的重量和總質(zhì)量乘以加速度哪一個(gè)較大？實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是否始終一個(gè)比另一個(gè)大？3為什么在F=ma中的質(zhì)量不正好等于小車的質(zhì)量？4當(dāng)用質(zhì)量乘以重力加速度計(jì)算小車受的力時(shí)，為什么不計(jì)入小車的質(zhì)量？實(shí)驗(yàn) 8 沿斜面下滑的加速度實(shí)驗(yàn)設(shè)備帶質(zhì)量塊的力學(xué)小車（ME9430）底座與支干（ME-935

24、5）；停表力學(xué)小車軌道米尺繪圖紙實(shí)驗(yàn)?zāi)康难芯垦匦泵嫦禄奈矬w由重力獲得的加速度，以及加速度如何隨斜面的傾角而定實(shí)驗(yàn)原理由于重力的作用，斜面上的小車將向下滾動(dòng)。重 力產(chǎn)生的加速度垂直向下，如圖8.1所示，與斜面平行的重力加速度的分量是g? sin這是忽略摩擦?xí)r小車的凈加速度。測(cè)量加速度時(shí)，小車從靜止開(kāi)始。測(cè)出它運(yùn)動(dòng)某一距離d的時(shí)間t，因?yàn)閐=-at2，加速度a=22算2t2出。繪制加速度與sin的函數(shù)關(guān)系，將得到一條直線， 其斜率等于重力加速度go實(shí)驗(yàn)步驟一端升高約10cm.將小車靠著停止擋板放在軌道上，將該末位置記在表8.1上端.3拖小車到軌道頂部，并記下小車將從這里靜止釋放的初4從靜止釋放小

25、車，同時(shí)啟動(dòng) 秒表，用停表測(cè)量小車到達(dá) 停止擋板所需的時(shí)間。重復(fù) 測(cè)量十次（由不同的人做）， 將數(shù)據(jù)記入表8.1中.5將軌端降低1cm，并測(cè)量10次時(shí)間。6以后每次將軌端降低1cm，共七次，重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)。 按如圖8.2所示豎起軌道，將其沒(méi)有停止擋板的圖8.2數(shù)據(jù)處理1計(jì)算每個(gè)傾角的平均時(shí)間。2用始末位置的差值做小車的運(yùn)行距離，記入表8.1下端。3用距離和時(shí)間計(jì)算出加速度，記入表8.2中。4測(cè)量由軌道構(gòu)成的三角形的斜邊，并利用它對(duì)每一次軌端高度計(jì)算出sin。5繪制加速度與sin的函數(shù)關(guān)系曲線。畫(huà)出最適當(dāng)?shù)闹本€并計(jì)算其斜率（應(yīng)等于g）,計(jì)算斜率相對(duì)g的百分誤差。表8.1表8 .2軌端高度加速度si

26、n斜邊長(zhǎng)度=_10cm9cm8cm7 cm6cm5cm4cm次數(shù)12345678910平均軌端高度小車初位置=，末位置=，距離d=間時(shí)問(wèn)題1你的反應(yīng)時(shí)間，是在較大還是較小傾角時(shí)，會(huì)引起較大的百分誤差?2如果小車的質(zhì)量增加一倍，對(duì)結(jié)果有何影響？試一下。實(shí)驗(yàn) 9 能量守恒實(shí)驗(yàn)設(shè)備帶質(zhì)量塊的力學(xué)小車（ME-9430）帶支架輕滑輪底座及支桿（ME-9355）細(xì)線天平實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)觀察彈性勢(shì)能和重力勢(shì)能，并顯示怎樣的能量是守恒的。實(shí)驗(yàn)原理12一個(gè)從平衡狀態(tài)被壓縮距離x的彈簧具有勢(shì)能PE=-kx2，這里k是彈性系數(shù)。根據(jù)2虎克定律，彈簧的力與彈簧被壓縮或拉伸的距離成正比，F(xiàn)=kx,此處k即彈性系數(shù)。因此

27、彈性系數(shù)可以用實(shí)驗(yàn)決定，即用不同的力拉或壓彈簧產(chǎn)生不同的距離， 繪出力與距離的函數(shù)關(guān) 系圖，得到直線的斜率，等于k。小車沿斜面升高而增加的重力勢(shì)能PE=mgh，這里m是小車的質(zhì)量，g是重力加速度,h是小車升高的垂直高度。如以沿斜面的d來(lái)表示，則高h(yuǎn)=dsin如果能量守恒，被壓縮的彈簧的彈性勢(shì)能將全部轉(zhuǎn)變?yōu)橹亓?shì)能。實(shí)驗(yàn)步驟1調(diào)節(jié)軌端的水平調(diào)節(jié)腳的升降，觀察靜止放置在軌道上的小車是否滾動(dòng)，將軌道調(diào)成水平。2用天平稱出小車的質(zhì)量，數(shù)據(jù)記在表9.2中。3先測(cè)彈性系數(shù)。將帶彈性柱塞的小車，按圖9.1靠著止停擋板放在軌道上。在小車上縛一細(xì)線，線的另一頭饒過(guò)滑輪掛一砝碼懸架。4將小車的位置記在表9.1中。

28、力學(xué)小車軌道米尺砝碼懸架及砝碼（若干公斤）繪圖紙圖9.1表9.1加的質(zhì)量位置離平衡位置的位移力(mg)6測(cè)量勢(shì)能前，先拿掉水平調(diào)節(jié)腳。7拿去小車上的細(xì)線， 將小車的彈性柱塞旋至最大位置。使小車緊靠止停端架， 測(cè)量彈性柱塞壓縮的距離并記入表9.2下端。高8使軌道傾斜，并測(cè)量高和斜邊(見(jiàn)圖9.2),計(jì)算軌道的傾角，傾角=arcsin(), 增加砝碼懸架上的砝碼，并記下新的位置。用5個(gè)不同的總重量重復(fù)實(shí)驗(yàn)。斜邊記入表9.2中。圖9.29將小車的起始位置記入表9.2下端。10扣擊柱塞上的小柱而釋放柱塞，并記錄小車沿斜面上升的位置。重復(fù)做五次。將小車的最大位置記入表9.2中。改變傾角，并重復(fù)測(cè)量。增加小

29、車的質(zhì)量，并重復(fù)測(cè)量。表9.2傾角質(zhì)量次數(shù)12345最大值h=ds in彈簧被壓縮的距離(x)=_,小車的初位置=_數(shù)據(jù)處理：1用表9.1的數(shù)據(jù)繪制力和位移的關(guān)系曲線，畫(huà)一條通過(guò)這些數(shù)據(jù)點(diǎn)的最合適的直線,并計(jì)算這條直線的斜率。此斜率等于彈簧的有效的彈性系數(shù)k。k=_2計(jì)算彈簧的勢(shì)能，并記入表9.3。3計(jì)算每種情況下的重力勢(shì)能，并記入9.3.4計(jì)算彈性勢(shì)能和重力勢(shì)能之間的百分誤差。表9.3傾角/質(zhì)量1彈性勢(shì)能PE(-kx2)2重力勢(shì)能PE(mgh)百分誤差%問(wèn)題1哪一項(xiàng)勢(shì)能較大？少掉的那部分能量到哪里去了？2當(dāng)小車的質(zhì)量加倍時(shí)，為什么重力勢(shì)能仍然大約相同?實(shí)驗(yàn) 10 擴(kuò)展性推薦實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) A 質(zhì)心

30、不變按實(shí)驗(yàn)1中圖1.1布局放置軌道與一對(duì)小車，但要求直接只以一條質(zhì)量塊為支架，架空 軌道系統(tǒng)在桌面上，并使之處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)。先使兩輛質(zhì)量相同的小車，靠在一起，然后 按動(dòng)板起的柱塞裝置彈開(kāi)小車，并觀察小車運(yùn)動(dòng)到軌道端部。由于系統(tǒng)的質(zhì)心是不運(yùn)動(dòng)的， 該軌道仍將保持穩(wěn)定。再用兩輛質(zhì)量不同的小車重復(fù)這過(guò)程。實(shí)驗(yàn) B 二小車和三彈簧的振動(dòng)模式放兩輛質(zhì)量相等的小車在軌道上， 用彈簧連接兩小車， 再用彈簧將每輛小車和它們各自 的軌道端部相連。 彼此拖開(kāi)小車再放開(kāi)， 然后觀察振動(dòng)的模式。 再在起初相同的方向移動(dòng)兩 輛小車，并進(jìn)行觀察。在一輛小車上加一塊質(zhì)量塊，并重復(fù)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn) C 牛頓第二定律（川）用傾斜的

31、軌道重復(fù)實(shí)驗(yàn)7。此時(shí)，滑輪在高端，而小車加速升上斜面。實(shí)驗(yàn) D 阻尼運(yùn)動(dòng)將末端裝有停止擋板的軌道傾斜， 在斜面上一確定位置處釋放小車， 指向擋板的小車彈 簧柱塞將使小車彈回。記下小車每一次被彈回到最高返回點(diǎn)的位置和時(shí)間。 將能得到一條振 幅對(duì)于時(shí)間的曲線。實(shí)驗(yàn) E 用氣球推進(jìn)的火箭車縛一個(gè)正在放氣的氣球在小車上，使氣球的出氣口指向小車的后面，讓空氣推動(dòng)小車。實(shí)驗(yàn) F 三輛小車和四根彈簧的振動(dòng)模式放三輛相同質(zhì)量的小車在軌道上。 在小車之間縛上彈簧， 并用彈簧將兩端的小車和各自 的軌道端部相連接。移動(dòng)兩端的小車離開(kāi)中間的小車后釋放，觀察振動(dòng)的模式。 移動(dòng)左邊的兩輛小車離開(kāi)右邊的小車后釋放，觀察振動(dòng)

32、的模式。 移動(dòng)中間的小車后釋放，觀察振動(dòng)的模式。實(shí)驗(yàn) G 多重彈性碰撞用兩輛碰撞小車和一輛力學(xué)小車。 先用相同質(zhì)量的小車， 然后用不同質(zhì)量的小車試做這 一實(shí)驗(yàn)。將三輛小車放在軌道上，力學(xué)小車在右邊，以它的磁性緩沖器對(duì)著碰撞小車。推動(dòng) 左邊的碰撞小車向中間的小車，它將依次碰撞右邊的小車。注意觀察每輛小車最后的速度。實(shí)驗(yàn) H 多重非彈性碰撞放置三輛碰撞后會(huì)粘連在一起的小車在軌道上， 先用相同質(zhì)量的小車， 然后用不同質(zhì)量 的小車試做這一實(shí)驗(yàn)。推動(dòng)左邊的小車向中間的小車， 它們將依次和右邊的小車碰撞， 并最 后粘接在一起。注意觀察小車的最后速度。圖1.1補(bǔ)充部份：傳感器推薦實(shí)驗(yàn)I 轉(zhuǎn)動(dòng)位移傳感器/力學(xué)

33、導(dǎo)軌系統(tǒng)組合裝置（RMS/IDS Kit）（原文編號(hào)：012-06408A）實(shí)驗(yàn) 1 經(jīng)受彈性碰撞小車的速度和加速度的相關(guān)性RMS/IDS附件IDS安裝附件（C1-6692）力學(xué)小車（ME-9430或ME-9454）力學(xué)軌道（ME-9435A或ME-9458）可調(diào)止仃架（ME-9448A）PASCO計(jì)算機(jī)接口（500或700）科學(xué)工作站（2.2版本以上） 計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋緦?shí)驗(yàn)的目的是顯示一種相關(guān)性，圖解顯示在彈性碰撞過(guò)程中的位置、速度和加速度。實(shí)驗(yàn)步驟安裝實(shí)驗(yàn)裝置1、 利用IDS安裝附件和IDS軌道滑輪支架，把轉(zhuǎn)動(dòng)位移傳感器安裝在軌道上，這在本手冊(cè)（RMS/IDS Kit）的設(shè)備構(gòu)造一節(jié)（P.

34、2-3）中有介紹。2、 將可調(diào)止停架裝在軌道的末端（圖1.1）。如果必要，可移動(dòng)IDS軌道滑輪支架。實(shí)驗(yàn)設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)位移傳感器RMS）（C1-6538）thniKicartWrtngI OS Mount AcmsfiOryEndto CCrnpuleradche pulley3、將小車帶磁體的一端對(duì)著可調(diào)止停架放在軌道上，并在車上安裝車線聯(lián)接支架。4、 按手冊(cè)（RMS/IDS Kit）設(shè)備構(gòu)造這一節(jié)穿線。檢查并確信細(xì)線能無(wú)阻礙的自由移動(dòng)， 它水平穿過(guò)滑輪和車線聯(lián)接支架的上側(cè)，并且足夠長(zhǎng)，而只要線不從滑輪上滑出。設(shè)置科學(xué)工作站（Science workshop）1、 按本手冊(cè)（RMS/IDS Kit

35、）P3“構(gòu)造”節(jié)，在科學(xué)工作站安裝RMS。2、 如果你不在為RMS設(shè)置的窗口，則雙擊RMS圖標(biāo)。3、 設(shè)置在1440分度/轉(zhuǎn)，鍵OK。4、 雙擊取樣選擇鈕，并將取樣率設(shè)置到50HZ，鍵0K。5、 拖動(dòng)圖表顯示圖標(biāo)到RMS圖標(biāo)位置，并從彈出的菜單“計(jì)算結(jié)果顯示”中選擇位置（LINP0S）、速度（LINVEL）和加速度（LINACC）。采集數(shù)據(jù)1、 把小車放在軌道帶RMS的一端。2、 開(kāi)始記錄數(shù)據(jù)。3、 向止停端給小車一個(gè)輕緩的推動(dòng)（用使小車作平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)所需的適當(dāng)?shù)牧Γ?、 在小車從止停端彈回后，停止記錄。數(shù)據(jù)處理1、 畫(huà)三張曲線圖并標(biāo)出坐標(biāo)軸（或打印出曲線圖） 。2、 標(biāo)定下列曲線圖： （1）小

36、車向止停端運(yùn)動(dòng)時(shí)； （2）小車作彈性碰撞時(shí)； （3）小車從止停 端返回運(yùn)動(dòng)時(shí)。問(wèn)題：1、 碰撞前瞬間，小車的速度和加速度是多少？2、 描述小車的速度在碰撞時(shí)發(fā)生了什么變化？小車的位置在它具有反向速度時(shí)發(fā)生了什 么變化？3、 描述小車的加速度在碰撞時(shí)發(fā)生什么變化？當(dāng)加速度從零變?yōu)樨?fù)值時(shí)，小車的位置有什么變化？當(dāng)加速度從負(fù)值變?yōu)榱銜r(shí)，小車的位置有什么變化？圖2.1實(shí)驗(yàn) 2 非彈性碰撞的動(dòng)量與沖量的比較實(shí)驗(yàn)設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)位移傳感器（RMS） （CI-6538）50N力傳感器（CI-6537）RMS/IDS裝置（C1-6569）力傳感器支架和碰撞緩沖器（C1-6545）IDS安裝附件（CI-6692）PAS

37、CO計(jì)算機(jī)接口（500或700）力學(xué)小車（ME-9430或ME-9454）2.2版本以上科學(xué)工作站力學(xué)軌道（ME-9435或ME-9458）計(jì)算機(jī)本手冊(cè)（RMS/IDS LSIT）第2、3頁(yè)高約10CM的本質(zhì)或類似的墊塊實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋緦?shí)驗(yàn)的目的是定量的比較運(yùn)動(dòng)小車在和固定物體作非彈性碰撞時(shí)的沖量與動(dòng)量的大 小。實(shí)驗(yàn)原理系統(tǒng)的動(dòng)量以關(guān)系式p mv表示，式中P為動(dòng)量，m為質(zhì)量，v為速度。 碰撞時(shí)的沖量，或動(dòng)量的變化以下式表示：t2P Fdtt1力與時(shí)間關(guān)系曲線下的面積，即曲線的積分，等于動(dòng)量的變化量。在非彈性碰撞中其最后的速度為零時(shí)，下列關(guān)系式成立：t2mv Fdtt1實(shí)驗(yàn)步驟安裝實(shí)驗(yàn)裝置1.利用ID

38、S安裝附件把轉(zhuǎn)動(dòng)位移傳感器裝在IDS軌道上，也將IDS軌道滑輪支架裝在IDS軌道上（參閱本手冊(cè)的設(shè)備構(gòu)造一節(jié)第2-3頁(yè)）。2.用力傳感器支架把力傳感器裝在軌道的一端（圖2.1）。如果必要，可移動(dòng)IDS軌道滑輪 支架。ID-S Mount Affessory3 從力傳感器上旋開(kāi)掛鉤，并用藏在力傳感器支架上的碰撞座取代。4 做一個(gè)底座直徑約1cm高3cm的粘土錐，粘壓在碰撞座上。5 將小車放在軌道上，使其磁鐵對(duì)著力傳感器。6.安裝車線聯(lián)結(jié)支架，并按RNS/IDS KIT手冊(cè)設(shè)備構(gòu)造這一節(jié)P.2連接細(xì)線。檢查并確信 細(xì)線能無(wú)阻礙的自由的移動(dòng)，它水平穿過(guò)滑輪和車線聯(lián)結(jié)支架的上側(cè)。線要足夠長(zhǎng)，但 不能從

39、滑輪中滑出。設(shè)置科學(xué)工作站1、 按RNS/IDS KIT手冊(cè)P.3構(gòu)造一節(jié)，在科學(xué)工作站安裝RMS。2、 如果你不在為RMS設(shè)置的窗口，則雙擊RMS圖標(biāo)。3、 設(shè)置在1440分度/轉(zhuǎn)，鍵OK。4、 雙擊取樣選擇鈕，并將取樣率設(shè)置到50HZ，鍵0K。5、 拖動(dòng)圖表顯示圖標(biāo)到RMS圖標(biāo)位置，并從彈出的菜單“計(jì)算結(jié)果顯示”中選擇速度 （linvel）。6、 在科學(xué)工作站中設(shè)置力傳感器（詳細(xì)參見(jiàn)力傳感器手冊(cè)） 。7、 拖動(dòng)圖表顯示圖標(biāo)到力傳感器圖標(biāo)。采集數(shù)據(jù)1. 用木墊塊抬高軌道，在緊靠RMS的地方托住小車。2.開(kāi)始記錄數(shù)據(jù)。3.釋放小車，讓重力作為加速的唯一的力。注意： 如果碰撞不是完全非彈性的，即

40、小車從粘土塞碰回，可用較小的高度角重做。4.停止記錄。分析數(shù)據(jù)1. 應(yīng)用科學(xué)工作站的統(tǒng)計(jì)功能確定小車的最大速度。2.確定小車的質(zhì)量。3.計(jì)算小車的動(dòng)量。4.用統(tǒng)計(jì)功能求曲線下面積的積分。5.選擇描寫(xiě)碰撞的曲線那一部份，并記錄積分值。注意 ：選擇用鍵擊和圍繞要求的曲線拖一框架的方法。6.比較小車的動(dòng)量和碰撞的沖量的大小。問(wèn)題：你的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)能表明小車的動(dòng)量等于碰撞的沖量即mv2Fdt嗎？t12實(shí)驗(yàn) 3 在非彈性碰撞中動(dòng)能減少時(shí)動(dòng)量守恒實(shí)驗(yàn)設(shè)備2只轉(zhuǎn)動(dòng)位移傳感器（C1-6538）2套R(shí)MS/IDS組件（C1-6569）2套IDS安裝附件（C1-6692）2輛柱塞或碰撞小車（ME-9430或ME-94

41、54）實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋緦?shí)驗(yàn)的目的是定量和圖解論證， 在一輛小車和另一輛靜止小車發(fā)生碰撞而動(dòng)能減少的 同時(shí)，動(dòng)量是守恒的。實(shí)驗(yàn)原理在兩輛小車碰撞之前，其狀況能表示如下:V2(=0)實(shí)驗(yàn)步驟A 部分：等質(zhì)量的非彈性碰撞RMS/IDS KIT手冊(cè)第2-3頁(yè) 力學(xué)軌道（ME-9435A或ME-9458）PASCO計(jì)算機(jī)接口（700）科學(xué)工作站（2.2版本以上）計(jì)算機(jī)這里口！為第一輛小車的質(zhì)量,m2為第二輛小車的質(zhì)量，V1為第一輛小車的速度，V2為第二輛小車的速度，等于零。碰撞之后，兩小車粘連在一起并象一個(gè)物體一樣運(yùn)動(dòng)m1m2，描述如下:f V后該系統(tǒng)的動(dòng)量在任何時(shí)候恰可表示為:P=mv1+mv2這里m1V1

42、是第一輛車的質(zhì)量和速度，而m2V2是第二輛車的質(zhì)量和速度。因?yàn)榕鲎仓髣?dòng)量是守恒的，以下關(guān)系式成立：m1V1+m2V2=m后v后這里m后為兩輛車的質(zhì)量，而v后是兩輛小車粘連在一起時(shí)的速度。該系統(tǒng)的總動(dòng)能（KE)原為:KE2m1v121 m22這種情況下與動(dòng)量相比較，動(dòng)能碰撞后是不守恒的:12m1v112m2v221尹后v后2安裝實(shí)驗(yàn)裝置1利用安裝附件把2只轉(zhuǎn)動(dòng)位移傳感器安裝在軌道上，并把兩個(gè)帶輕滑輪的支架裝在軌道 上（參見(jiàn)本手冊(cè)P.2和圖3.1）o圖3.12安裝車線聯(lián)結(jié)支架在小車上，稱出小車質(zhì)量并記入表3.1中。3將帶有粘鉤貼片（柱塞小車）或磁性端部（碰撞小車）的兩輛小車相向放置在軌道上。4按

43、手冊(cè)和圖表示的穿線。對(duì)安裝狀況進(jìn)行必要的調(diào)整，以保證線能無(wú)阻礙地自由移動(dòng)。5必須調(diào)整帶輕滑輪的支架，以保證穿線足夠長(zhǎng)又不會(huì)滑出滑輪。設(shè)置科學(xué)工作站1.將連接到小車1的轉(zhuǎn)動(dòng)位移傳感器的數(shù)字插頭插入接口盒的1、2數(shù)字通道，連接到小車2的轉(zhuǎn)動(dòng)位移傳感器對(duì)應(yīng)的數(shù)字插頭插入3、4數(shù)字通道。2.按照本手冊(cè)第3頁(yè)設(shè)置部分來(lái)設(shè)置Sciene Workshop中的轉(zhuǎn)動(dòng)位移傳感器。3.如果沒(méi)有打開(kāi)轉(zhuǎn)動(dòng)位移傳感器的設(shè)置窗口， 可雙擊RMS圖標(biāo)，將分度/轉(zhuǎn)設(shè)置于1440,并確認(rèn)在線性校準(zhǔn)下拉框中，選中大滑輪（凹槽），單擊0K。4對(duì)另一只RMS重復(fù)以上步驟2、3的設(shè)置。5.雙擊取樣選擇按鈕并設(shè)置取樣周期為50HZ，單擊

44、OK。6.定義顯示動(dòng)量的計(jì)算：?jiǎn)螕魧?shí)驗(yàn)計(jì)算圖標(biāo)，通過(guò)單擊新建和使用in put,f（x）圖標(biāo)及鍵盤(pán)按鈕在表達(dá)式文本框中輸入計(jì)算來(lái)創(chuàng)建一個(gè)動(dòng)量的計(jì)算。在相應(yīng)的文本框中，輸入一個(gè)計(jì)算名稱，如總動(dòng)量1,簡(jiǎn)稱及計(jì)算的單位，按回車鍵接受計(jì)算項(xiàng)目。注：要獲得輸入計(jì)算的附加信息，請(qǐng)參照Sciene Workshop用戶手冊(cè)中的使用計(jì)算和用戶指南中注釋窗口的實(shí)驗(yàn)計(jì)算窗口部分。7.定義顯示動(dòng)能的計(jì)算（參照以上第6步）。6創(chuàng)建一個(gè)圖表來(lái)顯示小車1的速度，小車2的速度，系統(tǒng)總動(dòng)量，系統(tǒng)總動(dòng)能與時(shí)間的關(guān)系曲線。拖曳一個(gè)圖表圖標(biāo)到RMS圖標(biāo)，并從選擇顯示計(jì)算彈出菜單，選擇4個(gè)要顯示的 計(jì)算（這些選擇以后要修改， 所以哪

45、些計(jì)算被選中都沒(méi)關(guān)系）。一個(gè)帶有4組x-y曲線的 顯示窗口將被打開(kāi)。單擊頂部y軸的描點(diǎn)輸入菜單按鈕并從彈出菜單中選擇數(shù)碼式輸入1和速率（linvel）,可以設(shè)置y軸描點(diǎn)小車1的線速度。單擊第二個(gè)y軸的描點(diǎn)輸入菜單按鈕并從菜單中選擇數(shù)碼式輸入3和速率，可以設(shè)置y軸描點(diǎn)小車2的線速度。單擊第三個(gè)y軸的描點(diǎn)輸入菜單按鈕并從菜單中選擇對(duì)應(yīng)于計(jì)算動(dòng)量的計(jì)算，可以設(shè)置y軸描點(diǎn)總動(dòng)量。單擊第四個(gè)y軸的描點(diǎn)輸入菜單按鈕并從菜單中選擇對(duì)應(yīng)于計(jì)算動(dòng)能的計(jì)算，可以設(shè)置y軸描點(diǎn)總動(dòng)能。采集數(shù)據(jù)1.如圖3.1所示放置小車。2.開(kāi)始記錄數(shù)據(jù)。3.輕推小車1并松開(kāi)，讓它滑向小車2。注：推力的大小應(yīng)足以使兩車碰撞后繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，

46、但不能大到使小車在滑軌上搖晃或跳動(dòng)，平滑的運(yùn)動(dòng)將獲得最好的結(jié)果。4停止記錄數(shù)據(jù)。注：如果需要，可以使用實(shí)驗(yàn)計(jì)算的光滑功能來(lái)光滑數(shù)據(jù)。要光滑數(shù)據(jù)，可以通過(guò)選擇f（x）圖標(biāo)Tspecialsmroth來(lái)修改實(shí)驗(yàn)計(jì)算中的式子，最初設(shè)定n=8如果沒(méi)有得到你所期望的光滑結(jié)果，可以試著改n為不同的值。數(shù)據(jù)處理1.單擊圖形顯示窗口中的自動(dòng)縮放工具按鈕。2.打印圖形或作一草圖，指出兩車相撞時(shí)的點(diǎn)。3.說(shuō)明碰撞前后每張圖形發(fā)生了什么。4.使用靈敏光標(biāo)來(lái)測(cè)量：1） 碰撞前瞬間小車1的速度；2） 碰撞后瞬間兩小車的共同速度；3） 碰撞前后的動(dòng)量；4） 碰撞前后的動(dòng)能。記錄在表3.1中。5.完成表3.1和3.2。表3

47、.1m1(kg)V1(m/s)m2(kg)V2(m/s)mafter(kg)Vafter(m/s)m1V1+m2v2(kg m/s)mafterVafter(kg m/s)Part Acalculatedx-measuredcalculated/measuredPart Bcalculatedxmeasuredcalculated/measured表3.212 miVi2勇口2諺(Ns)2maftervaer(Ns)Loss of KE%Part AcalculatedmeasuredcalculatedmeasuredPart Bcalculatedmeasuredcalculatedmea

48、suredB 部分：不等質(zhì)量的非彈性碰撞1.在小車2上加一質(zhì)量塊重復(fù)數(shù)據(jù)采集和分析的工作。注：你需要在顯示圖形窗口中用新的質(zhì)量值重新定義實(shí)驗(yàn)計(jì)算中總動(dòng)量和總動(dòng)能的計(jì)算。問(wèn)題1.非彈性碰撞是怎樣影響系統(tǒng)的總動(dòng)量和總動(dòng)能的？2.磨擦對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)量和動(dòng)能起什么作用？3.引起實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不同于預(yù)期（理論）值的其它可能因素還有在哪些?實(shí)驗(yàn) 4 彈性碰撞中的動(dòng)量和動(dòng)能守恒實(shí)驗(yàn)設(shè)備2只轉(zhuǎn)動(dòng)位移傳感器（C1-6538）2輛碰撞小車（ME-9454）2套R(shí)MS/IDS組件（CI-6569）2套IDS安裝附件（C1-6692）實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐瑢?shí)驗(yàn)3RMS /IDS kit手冊(cè)P2-3力學(xué)軌道；PASCO計(jì)算機(jī)接口（700）科

49、學(xué)工作站（2.2以上版本）計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)原理兩車碰撞前的情況可如下表示:V2(=0)其中：m1=小車1的質(zhì)量、v1=小車1的速度、m2=小車的質(zhì)量、v2=小車2的速度，為0。 在一個(gè)彈性碰撞過(guò)程中， 動(dòng)能被轉(zhuǎn)化成勢(shì)能，當(dāng)兩車彈開(kāi)后，又重新轉(zhuǎn)化為動(dòng)能， 碰撞之后， 兩車加速離開(kāi)，或者一輛小車的所有動(dòng)能被傳遞給另一輛小車，它加速離開(kāi)速度變?yōu)榱愕牡谝惠v小車。當(dāng)加速度減至0時(shí)可表示為：這時(shí)，系統(tǒng)在任一時(shí)刻的動(dòng)量為P=m1V1+m2V2式中m1、V1為第部小車質(zhì)量和速度，m2、V2為第二部小車的質(zhì)量和速度、由于碰撞之后動(dòng)量守恒，故存在以下關(guān)系：m“m?V2mafterVafter式中mafter為兩車的質(zhì)量

50、，Vafter為兩車粘合后的共同速度。任一系統(tǒng)中的總動(dòng)能可如下表示:彈性碰撞后，動(dòng)能和動(dòng)量守恒:實(shí)驗(yàn)步驟V1afterV2afterKE2m1v12m2v2212m1v121m2v22m1 after22V1 after12m2 afterV2 after2安裝儀器11用IDS安裝附件將兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)位移傳感器安裝在IDS軌道上，將帶有小滑輪的兩支架安裝在IDS軌道上（參照本冊(cè)第2頁(yè)和圖3.1）2 在小車上，安裝車線支架，稱量車的質(zhì)量并記錄在表3.1中。3 將車的磁性端面對(duì)面放在滑軌上。4 按圖3.1和手冊(cè)中的第2、3頁(yè)穿線，對(duì)裝置作必要的調(diào)整，便線無(wú)阻礙并能自由移動(dòng)。5 需要調(diào)節(jié)帶有小滑輪的支架，

51、使線足夠長(zhǎng)并且不會(huì)滑出滑輪。設(shè)置Science workshop：11將連接到小車1的轉(zhuǎn)動(dòng)位移傳感器的數(shù)字插頭接口盒的1、2數(shù)字通道，連接到小車2的轉(zhuǎn)動(dòng)位移傳感器對(duì)應(yīng)的數(shù)字插頭插入3、4數(shù)字通道。2 按照本手冊(cè)第3頁(yè)設(shè)置部分來(lái)設(shè)置Sciene Workshop中的轉(zhuǎn)動(dòng)位移傳感器。3 如果沒(méi)有打開(kāi)轉(zhuǎn)動(dòng)位移傳感器的設(shè)置窗口，可雙擊RMS圖標(biāo)，將分度/轉(zhuǎn)設(shè)置于1440，并確認(rèn)在線性校準(zhǔn)下拉框中，選中大滑輪（凹槽） ，單擊OK。4 對(duì)另一只RMS重復(fù)以上步驟2、3的設(shè)置。5 雙擊取樣選擇按鈕并設(shè)置取樣周期為50HZ，單擊OK。6 定義顯示動(dòng)量的計(jì)算：?jiǎn)螕魧?shí)驗(yàn)計(jì)算圖標(biāo)，通過(guò)單擊新建和使用input，f（

52、x）圖標(biāo)及鍵盤(pán)按鈕在表達(dá)式文本框中輸入計(jì)算來(lái)創(chuàng)建一個(gè)動(dòng)量的計(jì)算。在相應(yīng)的文本框中，輸入一個(gè)計(jì)算名稱，如總動(dòng) 量1，簡(jiǎn)稱及計(jì)算的單位，按回車鍵接受計(jì)算項(xiàng)目。注： 要獲得輸入計(jì)算的附加信息，請(qǐng)參照Sciene Workshop用戶手冊(cè)中的使用計(jì)算和用戶指南中注釋窗口的實(shí)驗(yàn)計(jì)算窗口部分。7 定義顯示動(dòng)能的計(jì)算（參照以上第六步） 。8 創(chuàng)建一個(gè)圖表來(lái)顯示小車1的速度，小車2的速度，等流總動(dòng)量，系統(tǒng)總動(dòng)能與時(shí)間的關(guān)系曲線。拖電一個(gè)圖表圖標(biāo)到RMS圖標(biāo)并從選擇顯示計(jì)算彈出菜單選擇4個(gè)要顯示的計(jì)算 （這些選擇以后要修改，必以哪些計(jì)算被先遣都沒(méi)關(guān)系） 。一個(gè)帶有4組x-y曲線的顯示 窗口將被打開(kāi)。單擊頂部y軸

53、的描點(diǎn)輸入菜單按鈕并從彈出菜單中選擇數(shù)碼式輸入1和速率（linvel）,可以設(shè)置y軸描點(diǎn)小車1的線速度。單擊第二個(gè)y軸的描點(diǎn)輸入菜單按鈕并從菜單中選擇數(shù)碼式輸入3和速率，可以設(shè)置y軸描點(diǎn)小車2的線速度。單擊第三個(gè)y軸的描點(diǎn)輸入菜單按鈕并從菜單中選擇對(duì)應(yīng)于計(jì)算動(dòng)量的計(jì)算，可以設(shè)置y軸描點(diǎn)總動(dòng)量。單擊第四個(gè)y軸的描點(diǎn)輸入菜單按鈕并從菜單中選擇對(duì)應(yīng)于計(jì)算動(dòng)能的計(jì)算，可以設(shè)置y軸描點(diǎn)總動(dòng)能。采集數(shù)據(jù)1如圖3.1所示放置小車。2開(kāi)始記錄數(shù)據(jù)。3.輕推小車1并松開(kāi)，讓它滑向小車2。注：推力的大小應(yīng)足以使兩車碰撞后繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，但不能大到使小車在滑軌上搖晃或跳動(dòng), 平滑的運(yùn)動(dòng)將獲得最好的結(jié)果。4停止記錄數(shù)據(jù)。注

54、：如果需要，可以使用實(shí)驗(yàn)計(jì)算的光滑內(nèi)功來(lái)光滑數(shù)據(jù)。要光滑數(shù)據(jù)，可以通過(guò)選擇f（x）圖標(biāo)Tspecialsmroth來(lái)修改實(shí)驗(yàn)計(jì)算中的式子，最初設(shè)定n=8如果沒(méi)有得到你所期望的光滑結(jié)果，可以試著改n為不同的值。數(shù)據(jù)處理1.單擊圖形顯示窗口中的自動(dòng)縮放工具按鈕。2.打印圖形或作一草圖，指出兩車相撞時(shí)的點(diǎn)。3.說(shuō)明碰撞前后每張圖形發(fā)生了什么。4.使用靈敏光標(biāo)來(lái)測(cè)量：1） 碰撞前瞬間小車1的速度；2） 碰撞后瞬間兩小車的共同速度；3） 碰撞前后的動(dòng)量；4） 碰撞前后的動(dòng)能；記錄在表4.1中。5.完成表4.1和4.2。表4.1m1(kg)V1(m/s)m2(kg)V2(m/s)m1afte r(kg)V1after(m/s)m2afte r(kg)V2after(m/s)m1V1+m2V2(kg m/s)m1afterV1after+ m2afterV2after(kg m/s)calculatedcalculated.-.-measuredmeasuredcalculatedcalculated/measuredmeasured表4.2問(wèn)題4.非彈性碰撞是怎樣影響系統(tǒng)的總動(dòng)量和總動(dòng)能的?5.磨擦對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)量和動(dòng)能起什么作用？6.引起實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不同于預(yù)期（理論）值的其它可能因素還有在哪些?