专利名称：多体碰撞的实验装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于普通物理教学中的实验装置，具体地说是一种在力学、电磁学等普通物理教学中的多体碰撞的实验装置。
背景技术：
在现有的力学、电磁学等普通物理教学中主要讨论的是单体、或两体相互作用系统，并且也有专门用于研究单体、或两体相互作用的实验装置。但是，在普通物理教学中关于三体及三体以上的多体相互作用系统，是一个尚未解决的问题，也是物理学一直关注的问题。目前也没有专门用于研究三体及三体以上的多体相互作用实验装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种专门用于研究三体及三体以上的多体相互作用的实验装置。本实验装置用简单的实验表现小钢球在磁力束缚下的多体相互作用的过程及结果。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的一种多体碰撞的实验装置，其特征在于它包括可调水平的圆形平台，在该圆形平台的底部中心安装有磁铁，受磁铁磁力束缚的靶系设置在圆形平台上面与磁铁相对应的位置；在圆形平台的圆周上标有角坐标，且在角坐标180°的位置上设有向靶系发射小球的准直孔，且准直孔对准靶系的中心位置；在圆形平台周围均匀设有一组用来接收散射小球的分隔栏。
本发明中所述的靶系是一组相同的小钢球；入射小球也为小钢球。靶系可以是一组3个相同的小钢球，也可以是一组7个相同的小钢球。
本发明在圆形平台周围每隔5°设有一个用来接收散射小球的分隔栏。
本发明中，作为靶系统的一组N个小钢球受到磁力的束缚；由于磁力的大小与距离的平方成反比，距小磁铁近的小钢球受到束缚力强，距小磁铁远的小钢球受到束缚力弱。
从能量角度来看，一个能量为E0的钢球进入靶系统后，与靶系内N个钢球发生碰撞。由于小钢球之间存在相互作用，入射钢球的能量被包括入射钢球、靶系钢球在内的N+1个钢球分享，形成N+1个钢球组成的复合体C*，其中C*表示一种复杂的多体运动状态，系统能量重新分配，经过ΔT时间后，有小钢球射出，出射钢球的数目、取向与能量E0有关，与入射钢球、靶系钢球的直径有关，与小磁铁的强度有关。当入射钢球的能量E0较小时，不足于克服钢球之间的吸引力，入射钢球会被靶系统俘获；当入射钢球的能量E0较大时，靶系统会被入射钢球打散；只有当入射钢球的能量E0等于某一个值时，入射钢球与靶系统相互作用后只射出一个钢球，钢球的出射方向与入射方向的夹角称为散射角，用θ表示，-π≤θ≤π，并且出射钢球的取向呈现与散射角相关的几率分布。
A+N→C*→N+B式中A表示入射钢球的状态，B表示出射钢球的状态，C*表示由N+1个钢球组成的复合体。
本发明结构简单、操作方便，用简单的实验表现小钢球在磁力束缚下的多体相互作用的过程及结果，是一种简单的、适用于研究三体、或三体以上的多体相互作用的实验装置。
图1是本发明的结构示意图；图2是本发明中准直孔的示意图；图3a是7个束缚球的靶系钢球分布示意图；图3b是3个束缚球的靶系钢球分布示意图；图3c是刚性柱形靶系示意图；图4是散射几率随散射角的变化曲线图。
具体实施例方式
一种本发明所述的多体碰撞的实验装置，见图1，包括可调水平的圆形平台1，在该圆形平台1的底部中心安装有磁铁2，在圆形平台上面与磁铁2相对应的中心位置放置N个相同的小钢球作为靶系统3，靶系统钢球受到磁力的束缚。在圆形平台1的圆周上标有角坐标4，且在角坐标180°的位置上设有用来向靶系统发射小球的准直孔5，且准直孔5对准靶系统3的中心位置，见图2，通过准直孔5可射入能量为E0的小钢球。在圆形平台1周围每隔5°有一个分隔栏6，用来接收散射小球。
实验时，选择同一规格的钢球作为入射钢球、靶系统钢球，钢球的直径为D，选择单个钢球入射，调整入射钢球的能量E0，使它与靶系统碰撞后只射出一个钢球。
固定小磁铁不变。当靶系由7个钢球组成时，观测出射小球的运动状态，并记录出射小钢球的角位置；当靶系由3个钢球组成时，观测出射小球的运动状态，并记录出射小钢球的角位置。
撤掉小磁铁，用固定的钢柱作为靶，观测出射小球的运动状态，记录出射小钢球的角位置，并与入射钢球被多个束缚钢球靶系散射的结果作比较。
实验时靶系钢球分布见图3a、图3b和图3c。
实验表明(1)小钢球与固定的刚性圆柱碰撞，靶系统只是一个刚性的圆柱，可看成单体问题。忽略摩擦力，出射小钢球的角位置与碰撞的位置相关，作为两体碰撞，是完全可解的，其散射几率只有一个峰，并且峰的位置在180°。
(2)入射小钢球与7个钢球的靶系统碰撞，这7个钢球处于束缚态，它们之间是存在相互作用的，这是一个多体问题，但相互作用较弱。小钢球的散射几率已不只是一个极大。
入射小钢球与3个钢球的靶系统碰撞。这时，3个小钢球受到较强的束缚，它们之间的相互作用力也较强，出射小球的运动较复杂。有时平动射出，这时，ΔT较小；有时自转着射出，这时ΔT较大，散射角可以很大。
从图4可以看到，小钢球被7个钢球的靶系、3个钢球的靶系散射的几率分布与被刚性柱散射的几率分布明显不同，被多个束缚钢球散射的几率分布有若干个峰，碰撞过程明显有能量重分配的痕迹；此外钢球的数目不同也会导致几率分布的变化。
通过实验可以知道，当实验重复次数足够大时，散射几率的分布趋于稳定。
权利要求
1.一种多体碰撞的实验装置，其特征在于它包括可调水平的圆形平台(1)，在该圆形平台(1)的底部中心安装有磁铁(2)，受磁铁(2)磁力束缚的靶系(3)设置在圆形平台(1)上面与磁铁(2)相对应的位置；在圆形平台(1)的圆周上标有角坐标(4)，且在角坐标180°的位置上设有用来向靶系(3)发射小球的准直孔(5)，且准直孔(5)对准靶系(3)的中心位置；在圆形平台(1)周围均匀设有一组用来接收散射小球的分隔栏(6)。
2.根据权利要求1所述的多体碰撞的实验装置，其特征在于所述靶系(3)是一组相同的小钢球；入射小球为小钢球。
3.根据权利要求2所述的多体碰撞的实验装置，其特征在于所述靶系(3)是一组3个相同的小钢球。
4.根据权利要求2所述的多体碰撞的实验装置，其特征在于所述靶系(3)是一组7个相同的小钢球。
5.根据权利要求1所述的多体碰撞的实验装置，其特征在于在圆形平台(1)周围每隔5°设有一个用来接收散射小球的分隔栏(6)。
全文摘要
本发明公开了一种多体碰撞的实验装置，它包括可调水平的圆形平台，在该圆形平台的底部中心安装有磁铁，受磁铁磁力束缚的靶系、放置在圆形平台上面与磁铁相对应的位置；在圆形平台的圆周上标有角坐标，且在角坐标180°的位置上设有向靶系发射小球的准直孔，且准直孔对准靶系的中心位置；在圆形平台周围均匀设有一组用来接收散射小球的分隔栏。本发明用简单的实验表现小钢球在磁力束缚下的多体相互作用的过程及结果。是一种简单的、适用于研究三体或三体以上的多体相互作用的实验装置。
文档编号G09B23/10GK101051424SQ20071002233
公开日2007年10月10日 申请日期2007年5月14日 优先权日2007年5月14日
发明者苏为宁, 于瑶, 赵经武, 周进 申请人:南京大学