牛顿摆模型演示

实验目的

理解牛顿摆中动量与动能的传递，解释弹出球数与拉起球数相同的原因。

实验原理

相邻小球碰撞时间极短，可近似看作弹性碰撞，系统动量守恒、动能守恒。质量相等的两球发生弹性正碰且一球静止时，两球交换速度，所以速度依次传递到最远端的小球，使其摆起。

实验器材

• 相同质量的悬挂小球
• 悬线与支架
• 被拉起并释放的小球
• 小球的速度与摆动情况

实验步骤

1. 观察各小球静止时紧挨在一起的初始状态。
2. 拉起一端的一个球，释放，观察另一端的变化。
3. 改为拉起两个球释放，观察另一端弹出几个球。
4. 观察中间各球在碰撞时的运动情况。
5. 思考并解释弹出球数与拉起球数的关系。

实验现象与结论

拉起一个球撞击，另一端弹出一个球，中间球几乎不动；拉起两个球，另一端弹出两个球。结论：质量相同的球发生弹性碰撞时速度依次交换，动量和动能都得以传递。实际装置因能量损耗，摆动逐渐停止。

常见问题

拉起两个球，为什么不能是一个球以两倍速度弹出？

动量虽可守恒，但动能会变大，违背动能守恒，所以不可能。

为什么拉起两个球不是弹出两个速度减半的球？

动量虽守恒，但动能只剩一半，不满足弹性碰撞动能守恒。