实验“用DIS研究机械能守恒定律“例题及分析

实验用DIS研究机械能守恒定律

一、实验报告

(一）实验目的：研究动能和重力势能转化中所遵循的规律。

(二) 实验原理：

将实验装置中的光电门传感器接入数据采集器，测定摆锤在某一位置的瞬时速度，从而求得摆锤在该位置的动能，同时输入摆锤的高度，求得摆锤在该位置的重力势能，进而研究势能和动能转化时的规律。

(三) 实验器材：机械能守恒实验器、DIS（光电门传感器、数据采集器、计算机等）

(四) 实验步骤：

1、实验1

（1）卸下定位挡片，将摆锤置于A点释放后，观察它摆到左边最高点的位置，并记下该位置，观察是否A点与等高。

（2）装上定位挡片于P点，再将摆锤置于A点释放后，观察它摆到左边最高点的位置，并记下该位置。

（3）将定位挡片依次放在Q、R点，重复实验步骤（2）观察、记录。

（4）写出实验结论：

2、实验2

（1）连接DIS实验系统。

（2）测量摆锤的直径及其质量并且输入软件界面内。

（3）将光电门分别放在B、C、D点，每次摆锤在A点释放，点击“数据计算”，系统会自动显示B、C、D各点的重力势能、动能和机械能。

（4）比较A、B、C、D各点的机械能数值，得出结论。

(五) 实验记录：

次数 D C B A

高度h/m0.000 0.050 0.100 0.150

速度v/ms-1

势能Ep/J

动能Ek/J

机械能E/J

(六) 实验结论：

写出机械能守恒定律：

(七) 实验误差分析：

二、实验注意事项

1．实验中A、B、C、D四点高度为0.150m、0.100m、0.050m、0.000m，已由计算机默认，不必输入

2．摆锤每次均从A点无初速释放，A点位置不能移动。

3．光电门传感器定位的顺序是D、C、B，不能颠倒，且光电门传感器定位要正确。

4．摆线不易伸长的线，如单根尼龙丝、胡琴丝或蜡线。且摆锤在A点静止时摆线不能松驰

三、误差分析

1．空气阻力使摆锤的机械能有所减少

2．A、B、C、D四点定位有误差，使高度的值有误差，引起测得的重力势能有误差3．摆线在D、C、B位置均有不同程度的伸长量

四、参考习题

1、《用DIS研究机械能守恒定律》的实验中：

（1）（多选题）下列说法中正确的是：（）BC

（A）摆锤每次都必须从摆锤释放器的位置以不同的速度向下运动

（B）必须测定摆锤的直径

（C）摆锤下落的高度可由标尺盘直接测定

（D）定位挡片的作用是改变摆锤的机械能

（2）某同学实验得到的数据界面如图2所示，在数据要求不太高的情况下，可得出结论：

只有重力做功的情况下，物体的机械能保持守恒

理由是：

（计算出摆锤在A、B、C、D四点的机械能分别为1.125×10-2J、1.11×10-2J、1.08×10-2J、1.05×10-2J，各点机械能大小基本一致）

（3）经过仔细研究数据发现，摆锤从A到D的过程中机械能，造成这种情况的原因主要是

（逐渐减小，摆锤克服空气阻力做功消耗一定的机械能．）

2．将实验装置中的光电门传感器接入数据采集器，测定摆锤在某一位置的瞬时速度，从而求得摆锤在该位置的动能，同时输入摆锤的高度，求得摆锤在该位置的重力势能，进而研究势能和动能转化时的规律。实验中A、B、C、D四点高度为0.150m、0.100m、0.050m、0.000m，已由计算机默认，不必输入。现某位同学要测定摆锤在D点的瞬时速度。其实验装置如图（1）所示，接着他点击“开始记录”，同时让摆锤从图中所示位置释放，计算机将摆锤通过光电门传感器的速度自动记录在表格的对应处，如图（2）。

①请指出该同学实验中的错误之处：

②摆图（2）中计算机记录的数据与真实值相比将（填“偏大”、“偏小”或“仍准确”）

答案：①光电门传感器未放在标尺盘最低端的D点；摆锤释放器未置于A点②偏小

3、某同学用DIS研究“机械能守恒定律”的装置如图（a）所示，在一次实验中，选择DIS以图象方式显示实验的结果，所显示的图象如图（b）所示．图象的横轴表示小球距D 点的高度h，纵轴表示摆球的重力势能E p、动能E k或机械能E．试回答下列问题：

①图（b）的图象中，表示小球的重力势能E p、动能E k、机械能E随小球距D点的高度h变化关系的图线分别是（按顺序填写相应图线所对应的文字）．

②根据图（b）所示的实验图象，可以得出的结论

（乙、丙、甲；在实验误差允许的范围内，在只有重力做功的情况下，小球的机械能守恒）

———————————————————————————————————————*三、误差分析

1．空气阻力使摆锤的机械能有所减少

2．A、B、C、D四点定位有误差，使高度的值有误差，引起测得的重力势能有误差3．摆线在D、C、B位置均有不同程度的伸长量

偏小：

①摆锤释放的位置在AB之间

②电光门没有放在D点

③摆锤在运动中受到空气阻力的影响（摆锤克服空气阻力做工消耗一定的机械能）

D点机械能偏小的原因：摆锤克服空气阻力做工消耗一定的机械能

*结论：只有重力做功的情况下，机械能守恒

*用光电门传感器测量瞬时速度的原理：极短时间内的平均速度接近瞬时速度

*实验中每次静止释放摆锤的高度应相同（在A点静止释放）先测D，B，C。