宅家自主实验3——利用Tracker、Phyphox软件研究非弹性碰撞

（实验建设教师：郑雪丽，李巧梅）

本实验参照中国科学技术大学宅家实验--用 Phyphox 研究弹性球的非弹性碰撞

【实验目的】

1、研究弹性球非完全弹性碰撞能量损耗的特点及决定因素

2、掌握Phyphox软件的使用方法

3、掌握利用物理Tracker软件追踪轨迹和数据分析

【实验原理】

小球质量为m，起初位于相对地面h₀的高度。则小球具有初始总能量:

                      (1)

图3-1 弹性球弹跳图

下落后小球与地面发生反复碰撞如图3-1，首次碰撞记为第0次碰撞。第n次碰撞前、后瞬间小球的速度别为V_n1和V_n2，那么碰撞前后的能量分别为:

（2）

（3）

不考虑空气阻力作用，第n次碰撞的能量损失为，

（4）

若在n-1和n这两次碰撞之间所经历的时间为T_n，根据牛顿运动定律，可得：

（5）

带入（4）式：

（6）

考虑到很多同学不能测量质量，我们定义η为第n次碰撞前后的能量损耗率，则:

 （7）

恢复系数定义为相互碰撞的两物体碰撞前后相对速度之比，则小球在第n次碰撞过程中的恢复系数可以表示如下，

（8）

【实验器材】（所有器材自筹）

弹性球，载有 Phyphox 软件的手机，水平面，米尺，胶带，电脑

【实验内容】

      （1-2为必做基础内容，3-5为选做提高内容，另外鼓励查阅资料，自由发挥。）

1、通过弹性球的连续弹跳实验，利用 Phyphox 软件研究其弹跳过程的能量损失、恢复系数等特性及其规律；

2、拍摄弹性球的弹跳过程，利用软件（如 Tracker）读取视频及截图，获取小球弹跳的运动轨迹，计算重力加速度并分析误差；

3、探究不同材质（至少3种）弹性球的碰撞特性及其规律；

4、改变弹性球的释放高度或其它参数研究其对能量损失及恢复系数的影响；

5、做一个斜抛小球的运动，并用 Tracker 分析它的运动过程及相关物理量。

【实验资料要求】

1、电子版实验报告；

     (1) 以图片的方式在QQ群作业中提交。

     (2) 注意实验报告存档。

2、实验方案图片和视频，至少包含

     (1) 所有器材的照片（可放在一起拍照）

     (2) 搭建好后的实验系统整体图（照片）

     (3) 弹性球的弹跳过程的完整视频