实验二十二 机械能守恒定理（斜轨法）

实验目的

用斜轨法验证机械能守恒定律。

实验原理

位于倾斜轨道上的小车，忽略轨道的摩擦力，因只有重力对其做功，所以机械能守恒。取低处光电门传感器(接数据采集器第二通道)为零势点，设两光电门之间的高差为h，则：在两光电门传感器处小车的机械能分别为：E₁＝mv₁²/2+mgh、E₂＝1/2mv₂²/2；若L1为两光电门间的距离，L2为轨道两支脚之间的距离，S为轨道一个支脚调高高度，S’为本支脚平衡摩擦后高度，则公式中h＝L₁*(S-S’) /L₂。

本实验中，“I”型挡光片的宽度为0.02m，小车的质量为0.2345kg， L₁＝0.50m，L₂＝1.00m，S＝0.037m, S’＝0.013m，所以h＝0.012m。

两光电门传感器处机械能损耗的计算公式为：n＝（E₁-E₂）/（（E₁+E₂）/2）。

实验器材

朗威DISLab、计算机、DISLab力学轨道及附件、天平等。

实验装置图

见图22-1。

实验过程与数据分析

1．将力学轨道调节水平，把一侧调高3.7cm，按0.5米间距安装两光电门；

2．将两光电门接入数据采集器第一、二通道；

3．打开“计算表格”，点击“自动记录”中的“开始”，让小车自由向下滑动5~6次，点击停止；

4．点击“公式”，输入变量和计算公式，得到计算结果（图22-2）；

5．由结果可见：六次实验中机械能损失仅在1.90%~2.90%之间；

6．进一步改进实验手法，精细调节力学轨道垫高的角度，平衡摩擦力，可大幅度提高实验精度，得到图22-3所示的计算结果，机械能的损失已控制在千分之一以内；

7．由此可得出结论：在只有重力做功的情况下，机械能守恒。

实验器材

朗威DISLab、计算机、气垫导轨、天平等。

实验装置图

见图22-4。

实验过程与数据分析

1．将气垫导轨调节水平，把一个支脚调高2.4cm，（也可先安装，测量出角度后修改公式），按0.5米间距安装两光电门；

2．将两光电门接入数据采集器第一、二通道；

3．打开“计算表格”，点击“自动记录”中的“开始”，启动气源，让滑块自由滑下4~5次，关闭气源；

4．点击“公式”，输入变量和计算公式，得到计算结果（图22-5）；

5．由结果可见，五次实验中机械能损失仅在1.30~1.95%之间。在误差范围内，可得出结论：在只有重力做功的情况下，机械能守恒。

发布时间：2013/1/21 下午1:31:45  阅读次数：8156