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。

图22-1
图22-1 实验装置图

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);

图22-2
图22-2 数据计算结果

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;

图22-3
图22-3 改进实验手法可大幅度提高实验精度

7.由此可得出结论:在只有重力做功的情况下,机械能守恒。

本实验亦可采用气垫导轨。

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。

图22-4
图22-4 实验装置图

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);

图22-5
图22-5 换用气垫导轨实验结果

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。

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发布时间:2013/1/21 13:31:45  阅读次数:6720

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