实验十七 动量定理(恒力)

实验目的

探究物体在恒力的作用下,物体所受合力的冲量与物体动量变化的关系。

实验原理

由动量定理:物体所受合力的冲量等于物体动量变化,即Ft=mv’-mv。

用小沙桶拉动小车在轨道上滑动,如果小沙桶的质量远小于小车的质量,可认为小车是在恒力的作用下运行。测出小车通过两光电门的时间和在两光电门之间的运行时间,通过计算得出冲量和动量变化。

实验器材

朗威DISLab、计算机、DISLab力学轨道和附件、天平、小沙桶、配重片(沙子)等。

实验装置图

见图17-1。

图17-1

图17-1 实验装置图

实验过程与数据分析

1.小车上安装宽度为0.020m的“I”型挡光片,用天平称出小车的总质量m(kg)及小沙桶和沙子的总质量m1(kg);

2.将两只光电门传感器分别接入数据采集器的第一、二通道,将传感器固定在轨道上;

3.调整轨道水平,将小沙桶悬挂在导轨末端下方,并通过牵引绳与小车连接,对小车施加拉力;

4.打开“计算表格”,点击“变量”,启动“挡光片经过两个光电门的时间”功能;

5.点击“开始”,令小车从轨道的一端滑动,使挡光片依次通过两光电门传感器,则挡光片通过两只光电门传感器的挡光时间t1、t2和从光电门1到光电门2的运行时间t12会记录在表格中;

6.逐渐增加沙子的质量并手动记录之,使其对小车施加的拉力逐次增大,采用上述实验的步骤,测出不同拉力下的数据;

7.在计算表格中,增加变量“m”和“m1”,并输入相应数值;

8.分别输入计算“拉力”、“动量变化”、“冲量”的自由表达式“F=m1*9.8”、p=m*(0.020/t2-0.020/t1)、I=F*t12得出计算结果(图17-2);

图17-2

图17-2 实验结果

9.输入计算“动量变化”和“冲量”二者的相对误差公式:n=(I-p)/((I+p)/2),结果在1.33%~4.41%之间,说明在误差允许的范围内二者相等。

本实验亦可采用气垫导轨。

实验器材

朗威DISLab、计算机、气垫导轨、天平、小钩码、配重片等。

实验装置图

见图17-3。

图17-3

图17-3 实验装置图

实验过程与数据分析

1.在气轨配套的滑块上安装“U”型挡光片(本次实验所用挡光片的两前沿距离为0.030m),用天平称出滑块的总质量m(kg)及小钩码与配重片的总质量m1(kg);

2.将两只光电门传感器分别接入数据采集器的第一、二通道,将传感器用转接器固定在铁架台上或气垫导轨上;

3.调整气垫导轨水平,将小钩码与配重片悬挂在导轨末端下方,并通过牵引绳与滑块连接,对滑块施加拉力;

4.启动气垫导轨的气源,检测并调整光电门的高度,使挡光片顺利挡光;

5.点击“光电门设置”,选择“U型”挡光;

6.打开“计算表格”窗口,点击“变量”,启动“挡光片经过两个光电门的时间”功能;

7.点击“开始”,令滑块从气轨的一端滑动,使挡光片依次通过两光电门传感器,则挡光片通过两只光电门传感器的挡光时间t1、t2和从光电门1到光电门2的运行时间t12会记录在表格中;

8.逐次增加配重片的质量并手动记录之,使其对滑块施加的拉力逐次增大,采用上述实验的步骤,测出不同拉力下的数据;

9.在计算表格中,增加变量“m”和“m1”,并输入相应数值;

10.分别输入计算“拉力”、“动量变化”、“冲量”的自由表达式“F=9.8*m1”、p=m*(0.03/t2-0.03/t1)、I=F*t12得出计算结果(图17-4);

图17-4

图17-4 计算结果

11.输入计算“动量变化”和“冲量”二者的相对误差公式:n=(I-p)/((I+p)/2),结果在2.36%~7.83%之间,说明在误差允许的范围内二者相等。

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发布时间:2013/1/16 上午11:00:17  阅读次数:7493

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