用DIS验证机械能守恒定律的三种方法

用DIS 验证机械能守恒定律的三种方法

一、用斜轨法验证机械能守恒定律

◆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：

mgh mv E +=21121，22221mv E =

若1L 为两光电门问的距离，2L 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

2'1/)(*L S S L h -= 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.OOm ，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：]2/)/[)(2121E E E E n +-= ◆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

l 、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；

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。

二、用气垫导轨法验证机械能守恒定律

◆实验器材

朗威DISLab、计算机、气垫导轨、天平等。

◆实验目的

用气垫导轨法验证机械能守恒定律。

◆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；

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。

三、用摆球法验证机械能守恒定律

◆实验目的

用摆球法验证机械能守恒定律。

◆实验原理

把一个摆球用细线悬挂起来并拉到一定的高度，然后放开，摆球在摆动过程中，动能和势能发生相互转化，忽略空气的阻力影响，因只有重力对其做功，所以机械能守恒。

取摆球摆动时最低点为零势点，将光电门传感器固定在不同点，设此点的

高度为h ，则在两光电门传感器处摆球的机械能为：mgh mv E +=221

本实验中，摆球为直径为0．008m 小圆柱体，质量为0．0075kg ，摆球通过光电门传感器时的挡光时间为tl ，所以：摆球的速度为1/008.0t v =。

◆实验器材

朗威DISLab 、计算机、DISLab 机械能守恒实验器(图23－1)、天平等。 ◆实验装置图

见图23-2。

◆实验过程与数据分析

1、将DISLab 机械能守恒实验器按

装配图安装好(参照《用户手册》)，把

光电门传感器固定在实验器的A 点，并

接入数据采集器的第一通道；

2、将小摆球用磁铁夹吸住，固定在

A 点上方5～10厘米处；

3、移动光电门传感器固定臂，使用

测平器观察并调整光电门的透光孔正好

在A 点；

4、打开“计算表格”，点击“自动

记录”中的“开始”，释放摆球，当摆球

通过光电门传感器后，阻止摆球回摆；

5、移动光电门传感器固定臂，使用

测平器观察并调整光电门的透光孔分别

位于B 、C 、D 点，重复步骤4，获得四次

实验数据；

6、点击“变量”分别定义“h ”“m ”表示光

电门距零势点的高度和摆球的质量，并输入相应

的数据；

7、点击“公式”，输入计算摆球速度和摆球

在各点的机械能公式，得到实验结果；

8、由结果可见：摆球在四个点的机械能变

化范围小于5％。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。