26实验2用气垫导轨验证机械能守恒定律

实验2 用气垫导轨验证机械能守恒定律
【实验目的】
验证机械能守恒定律。

【实验器材】
气垫导轨一套（含垫块、挡光框、滑块、气源等）、光电门、电子秤、直尺。

实验装置图如图2.6-4所示。

【实验原理】
在无摩擦的下滑运动中，物体的重力势能和动能可以相互转化，但总的机械能守恒。

设物体在G1与G2处的瞬时速度分别为v1与
1，据此可验证机械能是v2，G1与G2的高度差为h，则有mgh=m
2
否守恒。

【实验设计与步骤】
滑块的质量用电子秤测出，在滑块m上门装d=0.5cm的挡光框，
d；滑块下落的高度差h 利用光电门测出挡光时间，则滑块的速度v=
t
Hs算出。

可利用比例关系h=
L
1.先把导轨调成水平，然后用垫块把导轨的一端垫高H，并从导轨
标尺上读出导轨两脚间的距离L。

2.在G1与G2处安装两个光电门，并用直尺测量它们之间的距离s。

3.在滑块m上门装d=0.5cm的挡光框，使它由轨道上端任一处滑下，
测出它通过光电门G1和G2的时间t1与t2，并由此计算速度v1和v2。

4.从不同位置释放滑块m，重复几次实验，在表2.6-2中记录相应数
据。

【实验数据记录与分析】
参考实验数据及处理结果见表2.6-2。

表2.6-2
M=0.15kg，g=9.8m/s，d=0.5cm，H=7cm，L=86cm，s=50cm。

结论：在忽略各类助理的情况下，可以认为机械能守恒。

【问题与讨论】
1.在本实验中，s值是大些好还是小些好？为什么？
答：s值要取得小些，可减少滑块克服阻力做的功，使结果与两个值更接近。

2.在本实验中，垫块的高度h是大些好还是小些好？为什么？
d 答：h值要取得大些，这样测出的速度更加精确，因为滑块的速度v=
t 实际上是平均速度，近似为瞬间速度，因此时间越小速度越精确。

3.在本实验中，是否需要测量滑块的质量？滑块的质量是大些好还
是小些好？
答：可以不测量滑块的质量，但应使滑块质量大些，以使重力做功远
大与阻力做功。

【实验拓展与改进】
本实验也可以用相反的过程来验证，用轨道下端支架上的橡皮筋把滑块以足够的初速度（但不宜太大）弹出，使之沿轨道向上运动，测定它由G1到G2过程中动能的减少量和势能的增加量，看两者是否相等，测算方向同前。

也可以测算若干点的总机械能，看是否相等，方法如图2.6-5所示。

令滑块m由轨道上端某一点A由静止开始下滑，重复多次，改变光电门G的位置C，测出滑块到达不同点的速度。

以标尺末端的水平面BD为零势面，确定所测各点的高度h，h= 。

然后计算出每一点的总机械能E= ，看它们是否相等，注意要使点C据点A近一些，这样实验结果的误差较小。