PAGE12-FD-CI-B型碰撞打靶實(shí)驗(yàn)儀說(shuō)明書上海復(fù)旦天欣科教儀器有限公司中國(guó)上海FD-CI-型碰撞打靶實(shí)驗(yàn)儀產(chǎn)品說(shuō)明書復(fù)旦天欣科教儀器有限公司中國(guó)上海

FD-CI-B型碰撞打靶實(shí)驗(yàn)儀一.概述物體間的碰撞是自然界中普遍存在的現(xiàn)象，；單擺運(yùn)動(dòng)和平拋運(yùn)動(dòng)是運(yùn)動(dòng)學(xué)中的基本內(nèi)容，；能量守恒與動(dòng)量守恒是力學(xué)中的重要概念。本碰撞打靶實(shí)驗(yàn)儀，研究?jī)蓚€(gè)球體的碰撞，以及碰撞前小球的單擺運(yùn)動(dòng)和碰撞后被撞球的平拋運(yùn)動(dòng)，運(yùn)用已學(xué)到的力學(xué)定律去解決打靶的實(shí)際問題。并從理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的差值，求得碰撞前后的能量損失，以此提高學(xué)生分析和解決力學(xué)問題的能力。本實(shí)驗(yàn)儀具有以下優(yōu)點(diǎn)：1.儀器底座采用高強(qiáng)度鋁合金導(dǎo)軌，滑塊上的刻線與導(dǎo)軌上刻線處于同一平面，可消除視差。儀器經(jīng)久耐用。2.安放被撞鋼球的載球支柱，上端面為圓錐形平頭，帶弱磁性，小球可穩(wěn)定定位于平頭上，且小球質(zhì)心通過磁場(chǎng)的中心位置。由于載球支柱平臺(tái)截面小，可減小碰撞后被撞小球克服摩擦阻力所做功。3.擺球的懸掛點(diǎn)與被電磁鐵吸引后的擺球質(zhì)心位置及被撞小球的質(zhì)心位置通常處于同一平面，只要二球質(zhì)心等高調(diào)整好，打靶實(shí)驗(yàn)重復(fù)性好。4.儀器設(shè)計(jì)合理、裝置牢靠、美觀、。經(jīng)久耐用。本儀器可用于高等院校、中專、中學(xué)等校的基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)、物理演示物理實(shí)驗(yàn)。二.、技術(shù)指標(biāo)1.帶電磁鐵可升降架，。立柱上刻度0-20cm。2.擺球。，鋼質(zhì)，直徑2.0cm。3.被撞鋼球。，直徑2.0cm和1.8cm二種兩種。4.導(dǎo)軌。，高強(qiáng)度鋁合金材料，燕尾槽結(jié)構(gòu)，導(dǎo)軌長(zhǎng)度0-35cm。5.載球支柱。，上端截面圓形，直徑4mm。，帶弱磁性。6.靶盒。，長(zhǎng)30cm，寬12cm。7.滑塊。，高強(qiáng)度鋁合金材料，燕尾槽結(jié)構(gòu)。8.單擺立桿。，長(zhǎng)45cm，可改變擺線長(zhǎng)度。三、.儀器外形圖1.調(diào)節(jié)螺釘2.導(dǎo)軌3.滑塊4.立柱5.刻線板6.擺球7.電磁鐵8.銜鐵螺釘9.擺線10.鎖緊螺釘11.調(diào)節(jié)旋鈕12.立柱13.被撞球14.載球支柱15.滑塊16.靶盒四、.儀器使用方法1.將儀器按圖示放置，調(diào)整“調(diào)節(jié)螺釘1”，使“導(dǎo)軌2”處于水平，并用水平器校驗(yàn)。2.移動(dòng)“滑動(dòng)1.5”至“擺球6”正下方。右手?jǐn)Q松“鎖緊螺釘10”，同時(shí)左手調(diào)節(jié)“旋鈕11”，使擺球?qū)?zhǔn)“載球支柱14”并與之相切。然后擰緊“鎖緊螺釘10”。3.記下“滑塊15”此時(shí)在導(dǎo)軌上的刻度位置，并使“滑塊15”向左移動(dòng)一個(gè)距離，刻該距離應(yīng)等于擺球半徑加被撞球半徑。然后利用滑塊上的固定螺釘將滑塊鎖緊在導(dǎo)軌的刻該位置上。4.在“靶盒16”中，放入靶紙，并在上面覆蓋一張復(fù)寫張。5.將直流電流源與“按鈕盒”連接。6.將“擺球”放在電磁鐵下的銜鐵口上，調(diào)節(jié)“銜鐵螺釘8”，使擺球與銜鐵口整個(gè)孔口接觸。7.移動(dòng)“滑塊3”使擺線呈直線狀。8.將“補(bǔ)充被撞球13”，放置在“載球支柱14”上。9.按下“按鈕”，擺球自由下擺，與“被撞球”碰撞?！氨蛔睬颉弊髌綊佭\(yùn)動(dòng)，進(jìn)入靶盒，在靶紙上留下落點(diǎn)位置。10.記錄ｘ、ｈ值。測(cè)出ｙ值。并作數(shù)據(jù)處理。五、.實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1.避免“銜鐵螺釘”位置調(diào)節(jié)過低，必須保證“擺球”與銜鐵口緊密接觸。確?！皵[球”的定位，重復(fù)測(cè)量時(shí)，盡可能做到擺球和銜鐵接觸位置相同。2.“擺球”運(yùn)動(dòng)時(shí)，擺臂不得晃動(dòng)，相關(guān)的固定螺絲必須擰緊。3.電磁鐵吸住擺球時(shí)，擺線應(yīng)處于直線狀態(tài)。擺線不得有明顯松馳現(xiàn)象。。4.碰撞球體保持清潔，以免發(fā)生腐蝕。

碰撞打靶實(shí)驗(yàn)（復(fù)旦大學(xué)物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心提供）物體間的碰撞是自然界中普遍存在的的現(xiàn)象，從宏觀物體的一體碰撞到微觀物體的粒料子碰撞都是物理學(xué)中極其重要的研究課題。本實(shí)驗(yàn)通過兩個(gè)體的碰撞、碰撞前的單擺運(yùn)動(dòng)以及碰撞后的平拋運(yùn)動(dòng)，應(yīng)用已學(xué)到的力學(xué)定律去解決打靶的實(shí)際問題，從而更深入地了解力學(xué)原理，并提高分析問題、解決問題的能力。一．實(shí)驗(yàn)原理1.碰撞：指兩運(yùn)動(dòng)物體相互接觸時(shí)，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生迅速變化的現(xiàn)象。（“正碰”）是指兩碰撞物體的速度都沿著它們質(zhì)心連線方向的碰撞；其他碰撞則為“斜碰”。）2.碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒：兩物體碰撞前后的總動(dòng)量不變。3.3.平拋運(yùn)動(dòng)：換將物體用一定的初速度υ0沿水平方向拋出，在不計(jì)空氣阻力的情況下，物體所作的運(yùn)動(dòng)稱平拋運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)學(xué)方程為χ＝υ0t，ｙ＝gt2（式ｔ中是從拋出開始計(jì)算的時(shí)間，χ是物體在時(shí)間ｔ內(nèi)水平方向的移動(dòng)距離，ｙ是物體在該時(shí)間內(nèi)豎直下落的距離，ｇ是重力加速度）。4.在重力場(chǎng)中，質(zhì)量為ｍ的物體在，被提高ｈ距離ｈ后，其勢(shì)能增加了Eｋ＝p＝mgh5.質(zhì)量為m的物體以速度υ運(yùn)動(dòng)時(shí)，其動(dòng)能為Ek=mυ2。6.機(jī)械能的轉(zhuǎn)化和守恒定律：任何物體系統(tǒng)在勢(shì)能和動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化過程中，若合外力對(duì)該物體系統(tǒng)所做的功為零，內(nèi)力都是保守力（無(wú)耗散力），則物體系統(tǒng)的總機(jī)械能（即勢(shì)能和動(dòng)能的總和）保持恒定不變。7.彈性碰撞：在碰撞過程中沒有機(jī)械能損失的碰撞。8.非彈性碰撞：碰撞過程中的機(jī)械能不守恒，其中一部分轉(zhuǎn)化為非機(jī)械能（如熱能）。二．實(shí)驗(yàn)儀器碰撞打靶實(shí)驗(yàn)儀如圖1所示，它由導(dǎo)軌、單擺、升降架（上有小電磁鐵，可控?cái)嗤ǎ?、、被撞小球及載球支柱，靶盒等組成。載球立柱上端為錐形平頭狀，減小鋼球與支柱接觸面積，在小鋼球受擊運(yùn)動(dòng)時(shí)，減少摩擦力做功。支柱具有弱磁性，以保證小鋼球質(zhì)心沿著支柱中心位置。1.調(diào)節(jié)螺釘2.導(dǎo)軌3.滑塊4.立柱5.刻線板6.擺球7.電磁鐵8.銜鐵螺釘9.擺線10.鎖緊螺釘11.調(diào)節(jié)旋鈕12.立柱13.被撞球14.載球支柱15.滑塊16.靶盒圖1碰撞打靶實(shí)驗(yàn)儀升降架上裝有可上下升降的磁場(chǎng)方向與桿平行的電磁鐵，桿上的有刻度尺及讀數(shù)指示移動(dòng)標(biāo)志。儀器上電磁鐵磁場(chǎng)中心位置、單擺小球（鋼球）質(zhì)心與被碰撞小球質(zhì)心在碰撞前后處下同于同一平面內(nèi)。由于事前二球質(zhì)心被調(diào)節(jié)成離導(dǎo)軌同一高度。所以，一時(shí)一旦切斷電電磁鐵電源，被吸單擺小球?qū)⒆杂上聰[，并能正中下中地與被擊壞球碰撞。被擊球?qū)⒆髌綊佭\(yùn)動(dòng)。最終落到貼有目標(biāo)靶的金屬盒內(nèi)。小球質(zhì)量可用電子天平稱衡（電子天平公用）。三．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（一）、必做內(nèi)容：觀察電磁鐵電源切斷時(shí)，單擺小球只受重力及空氣阻力時(shí)運(yùn)動(dòng)情況，觀察二球碰撞前后的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。測(cè)量二球碰撞的能量損失。1.調(diào)整導(dǎo)軌水平（為何要調(diào)整？如何用單擺鉛直來(lái)檢驗(yàn)？）如果不水平可調(diào)節(jié)導(dǎo)軌上的兩只調(diào)節(jié)螺釘。2.用電子于天平測(cè)量被撞球（直徑和材料均與撞擊相同）的質(zhì)量ｍ，并以此也作為撞擊球的質(zhì)量。3.根據(jù)靶心的位置ｘ，測(cè)出ｘ，估計(jì)被撞球的高度ｙ（如何估計(jì)？），并據(jù)此算出撞擊球的高度ｈ0（預(yù)習(xí)時(shí)應(yīng)自行推導(dǎo)出由ｘ和ｙ計(jì)算高度ｈ0的公式）4.通過繩來(lái)調(diào)節(jié)撞擊球的高低和左右，使之能在擺動(dòng)的最低點(diǎn)和被撞球進(jìn)行下正碰。5.把撞擊球吸在磁鐵下，調(diào)節(jié)升降架使它的高度為ｈ0（如何測(cè)量）細(xì)繩拉直。6.讓撞擊球撞擊被撞球，記下被撞球擊中靶紙的位置。（可撞擊多次求平均），據(jù)此計(jì)算碰撞前后總的能量損失為多少？應(yīng)對(duì)撞擊球的高度作怎樣的調(diào)整，才可使擊中靶心？（預(yù)習(xí)時(shí)應(yīng)自行推導(dǎo)出由X'和y，及計(jì)算高度差h-h0=Δh的公式。）7.對(duì)撞擊球的高度作調(diào)整后，再重復(fù)若干次試驗(yàn)，以確定能擊中靶心的h值；請(qǐng)老師檢查被撞球擊中靶紙的位置后記下此h值。8.觀察二小球在碰撞前后的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，分析碰撞前后各種能量損失的原因。（二）、選做內(nèi)容觀察二個(gè)不同質(zhì)量鋼球碰撞前后運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，測(cè)量碰撞前后的能量損失。用直徑、質(zhì)量都不同的被撞球，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果并討論之。（注意：由于直徑不同，應(yīng)重新調(diào)節(jié)升降臺(tái)的高度，或重新調(diào)節(jié)細(xì)繩。）四．思考題1.如兩質(zhì)量不同的球有相同的動(dòng)量，它們是否也具有相同的動(dòng)能？如果不等，哪個(gè)動(dòng)能大？2.找出本實(shí)驗(yàn)中，產(chǎn)生Δh的各種原因（除計(jì)算錯(cuò)誤和操作不當(dāng)原因外）。3.在質(zhì)量相同的兩球碰撞后，撞擊球的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與理論分析是否一致？這種現(xiàn)象說(shuō)明了什么？4.如果不放被撞球，撞擊球在擺動(dòng)回來(lái)時(shí)能否達(dá)到原來(lái)的高度？這說(shuō)明了什么？5.此實(shí)驗(yàn)中，繩的張力對(duì)小球是否做功？為什么？6.定量導(dǎo)出本實(shí)驗(yàn)中碰撞時(shí)傳遞的能量e和總能量E的比ε＝e/E與兩球質(zhì)量比μ=的關(guān)系。7.本實(shí)驗(yàn)中，球體不用金屬，用石蠟或軟木可以嗎？為什么？8.舉例說(shuō)明現(xiàn)實(shí)生活中哪些是彈性碰撞？哪些是非彈性碰撞？它們對(duì)人類的益處和害處如何？9.據(jù)科學(xué)家推測(cè)，6500萬(wàn)年前白堊紀(jì)與第三紀(jì)之間的恐龍滅絕事件，可能是由一顆直徑約10km的小天體撞擊地球造成的。這種碰撞是否屬于彈性碰撞？五．實(shí)驗(yàn)拓展1.*本實(shí)驗(yàn)中，即使操作完全正確，撞擊球高度的計(jì)算值h0與實(shí)際值h仍然是不同的，請(qǐng)分析其主要原因（如空氣阻力、摩擦力、非正碰、非彈性碰撞等等），并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證你的結(jié)論。2.用石蠟、軟木或其他軟材料自制被撞球，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并討論之。3.有一個(gè)長(zhǎng)方體七球?qū)嶒?yàn)架如圖2所示，球體是用實(shí)心硬塑料制成，直徑8cm，質(zhì)量約為140g，懸掛在框架兩橫梁對(duì)應(yīng)的掛鉤上，每一相鄰掛鉤相距恰好等于塑料球的直徑，球心處在同一水平線上，球與球之間剛好接觸，球體在運(yùn)動(dòng)時(shí)能保持在一個(gè)鉛垂平面內(nèi)。用該實(shí)驗(yàn)架做質(zhì)量相等和質(zhì)量不等的彈性碰撞和完全非彈性碰撞實(shí)驗(yàn)，并找出其規(guī)律。（用黑封泥可以將兩個(gè)或數(shù)個(gè)球粘接在一起，還可以增加球的質(zhì)量。）圖2七七球碰撞架六．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)例：碰撞打靶實(shí)驗(yàn)（僅供參考）由實(shí)驗(yàn)原理得：；當(dāng)ｍ1＝ｍ2時(shí)，h0=＋ｙ;Δh＝ｈ－h(huán)0=1.數(shù)據(jù)測(cè)量：表1打靶前各參數(shù)測(cè)量值球的質(zhì)量m/g球的直徑d/cmy/cmx/cmｈ0計(jì)算值/cm32.702.0017.231.531.62.打靶記錄表2各次打靶測(cè)量數(shù)據(jù)ｈ0/cm打靶次數(shù)中靶環(huán)數(shù)擊中位置/cm平均值/cm修正值Δｈ/cm31.61529.929.701.602429.43529.9ｈ1/cm打靶次數(shù)中靶環(huán)數(shù)擊中位置/cm平均值/ｃｍ修正值Δｈ/cm33.241031.431.403.結(jié)論：能擊中十環(huán)的ｈ值為33.2cm。上海地區(qū)重力加速度為ｇ＝9.794ｍ/s2，碰撞過程中的總能量損失為mg(h1-h0)=32.70×10-3×9.794×1.60×10-2=5.13×10-3J4.求碰撞打靶中A類不確定度現(xiàn)以ｈ＝14.4cm，ｙ＝17.2cm進(jìn)行打靶。其X的數(shù)據(jù)如表3所示：表3在相同條件下，得利得復(fù)10次測(cè)量結(jié)果打靶次數(shù)12345678910X位置27.527.727.727.728.228.127.227.828.728.4cm，uA＝＝0.15cm得x±uA(x)=(27.9±0.15)cm選做內(nèi)容（略）同必做內(nèi)容，但要注意是在≠的情況下的實(shí)驗(yàn)。七．思考題參考答案：1.答：不具有相同的動(dòng)能，質(zhì)量小的動(dòng)能大。2.答：產(chǎn)生Δh的主要原因?yàn)椋篈.空氣阻力；B.被撞球和球臺(tái)頂端的摩擦力；C.非彈性碰撞的因素。3.答：不一致。由于被撞球和球臺(tái)頂端的摩擦力的作用，并且碰撞后撞擊球略有反彈。4.答：不能達(dá)到原來(lái)的高度，這說(shuō)明有空氣阻力。5.答：不做功。因?yàn)樗x用的繩幾乎無(wú)伸長(zhǎng)作用，此時(shí)小球的運(yùn)動(dòng)方向和繩的張力方向?yàn)?0度。6.答：得ε＝。7.答：不可以。石蠟和軟木容易變形，是非彈性碰撞為主。8.答：彈性碰撞：真空實(shí)驗(yàn)中的粒子碰撞、宇宙非船中的物體碰撞、這些對(duì)人類沒有害處，況且粒子碰撞還會(huì)對(duì)物質(zhì)的認(rèn)識(shí)有易。非彈性碰撞：天體之間的碰撞、汽車之間的碰撞、這類碰撞害多利少，但反導(dǎo)彈的攔截對(duì)保護(hù)自己有力。9.答：不屬于。八．參考資料1.沈元華、陸申龍基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)，北京：高等教育出版社，2003：29－32。2.沈元華等設(shè)計(jì)性研究性物理實(shí)驗(yàn)教程，上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，2004：2－4。3.鄭永令、賈起民、方小敏力學(xué)，北京：高等教育出版社，2002：179－183。上海復(fù)旦天欣科教儀器有限公司FD-CI-B碰撞打靶實(shí)驗(yàn)儀裝箱清單您購(gòu)買的產(chǎn)品與裝箱清單中是否符合，請(qǐng)驗(yàn)收。日期：年月日名稱數(shù)量備注1、實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)1臺(tái)含靶盒一個(gè)2、鋼球1個(gè)直徑20毫米3、鋼球1個(gè)直徑18毫米4、直流電源1個(gè)DC6V5、儀器使用說(shuō)明書1份6、合格證1份。實(shí)驗(yàn)例：碰撞燈打靶實(shí)驗(yàn)（僅供參考）數(shù)據(jù)由實(shí)驗(yàn)原理得：＋ｙ；當(dāng)ｍ1＝ｍ2時(shí)，h0=＋ｙ;＝＋ｙ；ΔhΔｈ＝ｈ－h(huán)0=B1.數(shù)據(jù)測(cè)量：表1打靶前各參數(shù)測(cè)量值球的質(zhì)量ｍ/ｇm/g球的直徑ｄd//ｃｍcmｙ/ｃｍy/cmｘ/ｃｍx/cmｈ0計(jì)算值//cmｃｍ32.702.0017.231.531.62.2.打靶記錄表2各次打靶測(cè)量數(shù)據(jù)ｈ0值/ｃｍ/cm打靶次數(shù)中靶環(huán)數(shù)擊中位置ｘ′/ｃｍ/cm平均值/ｃｍ/cm修正值Δｈ/ｃｍ/cm31.61529.929.701.602429.43529.9ｈ1值/ｃｍcm打靶次數(shù)中靶環(huán)數(shù)擊中位置ｘ′/cmｃｍ平均值/ｃｍ修正值Δｈ/cmｃｍ33.241031.431.403.結(jié)論：能擊中十環(huán)的ｈ值為33.2ｃｍcm。上海地區(qū)重力加速度ｇ＝9.794ｍ//ｓ