專利名稱：多體碰撞的實驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種應(yīng)用于普通物理教學中的實驗裝置，具體地說是一種在 力學、電磁學等普通物理教學中的多體碰撞的實驗裝置。
技術(shù)背景在現(xiàn)有的力學、電磁學等普通物理教學中主要討論的是單體、或兩體相互作 用系統(tǒng)，并且也有專門用于研究單體、或兩體相互作用的實驗裝置。但是，在普 通物理教學中關(guān)于三體及三體以上的多體相互作用系統(tǒng)，是一個尚未解決的問 題，也是物理學一直關(guān)注的問題。目前也沒有專門用于研究三體及三體以上的多 體相互作用實驗裝置。發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種專門用于研究三體及三體以上的多體相互作 用的實驗裝置。本實驗裝置用簡單的實驗表現(xiàn)小鋼球在磁力束縛下的多體相互作 用的過程及結(jié)果。本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種多體碰撞的實驗裝置，其特征在于它包括可調(diào)水平的圓形平臺，在該 圓形平臺的底部中心安裝有磁鐵，受磁鐵磁力束縛的靶系設(shè)置在圓形平臺上面與 磁鐵相對應(yīng)的位置；在圓形平臺的圓周上標有角坐標，且在角坐標180°的位置上 設(shè)有向靶系發(fā)射小球的準直孔，且準直孔對準靶系的中心位置；在圓形平臺周圍 均勻設(shè)有一組用來接收散射小球的分隔欄。本實用新型中所述的靶系是一組相同的小鋼球；入射小球也為小鋼球。靶系 可以是一組3個相同的小鋼球，也可以是一組7個相同的小鋼球。本實用新型在圓形平臺周圍每隔5°設(shè)有一個用來接收散射小球的分隔欄。本實用新型中，作為靶系統(tǒng)的一組N個小鋼球受到磁力的束縛；由于磁力的大小與距離的平方成反比，距小磁鐵近的小鋼球受到束縛力強，距小磁鐵遠的小 鋼球受到束縛力弱。從能量角度來看， 一個能量為Eo的鋼球進入靶系統(tǒng)后，與靶系內(nèi)N個鋼球發(fā) 生碰撞。由于小鋼球之間存在相互作用，入射鋼球的能量被包括入射鋼球、靶系 鋼球在內(nèi)的N+1個鋼球分享，形成N+1個鋼球組成的復(fù)合體0，其中O表示一 種復(fù)雜的多體運動狀態(tài)，系統(tǒng)能量重新分配，經(jīng)過」T時間后，有小鋼球射出， 出射鋼球的數(shù)目、取向與能量E。有關(guān)，與入射鋼球、靶系鋼球的直徑有關(guān)，與小 磁鐵的強度有關(guān)。當入射鋼球的能量Eo較小時，不足于克服鋼球之間的吸引力，入射鋼球會被靶系統(tǒng)俘獲；當入射鋼球的能量E。較大時，靶系統(tǒng)會被入射鋼球打散；只有當入射鋼球的能量E。等于某一個值時，入射鋼球與靶系統(tǒng)相互作用后只 射出一個鋼球，鋼球的出射方向與入射方向的夾角稱為散射角，用9表示，-Jt 《9《n ，并且出射鋼球的取向呈現(xiàn)與散射角相關(guān)的幾率分布。 A+N—O—N+B式中A表示入射鋼球的狀態(tài)，B表示出射鋼球的狀態(tài)，0表示由N+1個鋼 球組成的復(fù)合體。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，用簡單的實驗表現(xiàn)小鋼球在磁力束縛下 的多體相互作用的過程及結(jié)果，是一種簡單的、適用于研究三體、或三體以上的 多體相互作用的實驗裝置。


圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型中準直孔的示意圖；圖3a是7個束縛球的靶系鋼球分布示意圖；圖3b是3個束縛球的靶系鋼球分布示意圖；圖3c是剛性柱形靶系示意圖；圖4是散射幾率隨散射角的變化曲線圖。
具體實施方式
一種本實用新型所述的多體碰撞的實驗裝置，見圖1,包括可調(diào)水平的圓形 平臺l，在該圓形平臺1的底部中心安裝有磁鐵2，在圓形平臺上面與磁鐵2相 對應(yīng)的中心位置放置N個相同的小鋼球作為靶系統(tǒng)3，靶系統(tǒng)鋼球受到磁力的束 縛。在圓形平臺1的圓周上標有角坐標4，且在角坐標180。的位置上設(shè)有用來向 靶系統(tǒng)發(fā)射小球的準直孔5，且準直孔5對準靶系統(tǒng)3的中心位置，見圖2,通 過準直孔5可射入能量為E。的小鋼球。在圓形平臺1周圍每隔5°有一個分隔欄6， 用來接收散射小球。實驗時，選擇同一規(guī)格的鋼球作為入射鋼球、靶系統(tǒng)鋼球，鋼球的直徑為D， 選擇單個鋼球入射，調(diào)整入射鋼球的能量E。，使它與靶系統(tǒng)碰撞后只射出一個鋼 球。固定小磁鐵不變。當靶系由7個鋼球組成時，觀測出射小球的運動狀態(tài)，并 記錄出射小鋼球的角位置；當靶系由3個鋼球組成時,觀瀾出射小球的運動狀態(tài)，4 并記錄出射小鋼球的角位置。撤掉小磁鐵，用固定的鋼柱作為靶，觀測出射小球的運動狀態(tài)，記錄出射小 鋼球的角位置，并與入射鋼球被多個束縛鋼球耙系散射的結(jié)果作比較。實驗時靶系鋼球分布見圖3a、圖3b和圖3c。實驗表明-(1) 小鋼球與固定的剛性圓柱碰撞，靶系統(tǒng)只是一個剛性的圓柱，可看成 單體問題。忽略摩擦力，出射小鋼球的角位置與碰撞的位置相關(guān)，作為兩體碰撞， 是完全可解的，其散射幾率只有一個峰，并且峰的位置在180a。(2) 入射小鋼球與7個鋼球的靶系統(tǒng)碰撞，這7個鋼球處于束縛態(tài)，它們 之間是存在相互作用的，這是一個多體問題，但相互作用較弱。小鋼球的散射幾 率已不只是一個極大。入射小鋼球與3個鋼球的靶系統(tǒng)碰撞。這時，3個小鋼球受到較強的束縛， 它們之間的相互作用力也較強，出射小球的運動較復(fù)雜。有時平動射出，這時， 」T較?。挥袝r自轉(zhuǎn)著射出，這時」T較大，散射角可以很大。從圖4可以看到，小鋼球被7個鋼球的靶系、3個鋼球的靶系散射的幾率分 布與被剛性柱散射的幾率分布明顯不同，被多個束縛鋼球散射的幾率分布有若干 個峰，碰撞過程明顯有能量重分配的痕跡；此外鋼球的數(shù)目不同也會導(dǎo)致幾率分 布的變化。通過實驗可以知道，當實驗重復(fù)次數(shù)足夠大時，散射幾率的分布趨于穩(wěn)定。
權(quán)利要求1、一種多體碰撞的實驗裝置，其特征在于它包括可調(diào)水平的圓形平臺(1)，在該圓形平臺(1)的底部中心安裝有磁鐵(2)，受磁鐵(2)磁力束縛的靶系(3)設(shè)置在圓形平臺(1)上面與磁鐵(2)相對應(yīng)的位置；在圓形平臺(1)的圓周上標有角坐標(4)，且在角坐標180°的位置上設(shè)有用來向靶系(3)發(fā)射小球的準直孔(5)，且準直孔(5)對準靶系(3)的中心位置；在圓形平臺(1)周圍均勻設(shè)有一組用來接收散射小球的分隔欄(6)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多體碰撞的實驗裝置，其特征在于所述靶系(3) 是一組相同的小鋼球；入射小球為小鋼球。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的多體碰撞的實驗裝置，其特征在于所述靶系(3) 是一組3個相同的小鋼球。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的多體碰撞的實驗裝置，其特征在于所述靶系(3) 是一組7個相同的小鋼球。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多體碰撞的實驗裝置，其特征在于在圓形平臺 (1)周圍每隔5°設(shè)有一個用來接收散射小球的分隔欄(6)。
專利摘要本實用新型公開了一種多體碰撞的實驗裝置，它包括可調(diào)水平的圓形平臺，在該圓形平臺的底部中心安裝有磁鐵，受磁鐵磁力束縛的靶系、放置在圓形平臺上面與磁鐵相對應(yīng)的位置；在圓形平臺的圓周上標有角坐標，且在角坐標180°的位置上設(shè)有向靶系發(fā)射小球的準直孔，且準直孔對準靶系的中心位置；在圓形平臺周圍均勻設(shè)有一組用來接收散射小球的分隔欄。本實用新型用簡單的實驗表現(xiàn)小鋼球在磁力束縛下的多體相互作用的過程及結(jié)果。是一種簡單的、適用于研究三體或三體以上的多體相互作用的實驗裝置。
文檔編號G09B23/00GK201051327SQ200720036988
公開日2008年4月23日 申請日期2007年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月14日
發(fā)明者瑤 于, 進 周, 蘇為寧, 趙經(jīng)武 申請人:南京大學