用DIS验证机械能守恒定律的三种方法
用DIS研究弹簧振子系统中的机械能守恒
若物块使弹簧ｋ。相对平衡位置移动了ｚ段
距离，此时物块的速度为主，那么弹簧ｋ。各部分的
速度为多少呢？采用微元法，在弹簧ｌ上Ｚ处取一 段小微元ｄＺ，此时弹簧末端处的速度与物块速度
，
再由导轨表面上的４ｑＬ喷出气流，在导轨与滑开
器之间形成很薄的气膜，将滑块浮起，从而消除滑 块与导轨之间摩擦的一种实验装置。利用气垫导 轨可研究近似的无摩擦运动［１３。 弹簧是大学物理力学实验中典型实验器材之 一［２］，在实验时，由于通常将弹簧作为轻质弹簧处 理，因而实验结果不太理想。由力学中的一道习 题受到启发，在气垫导轨上研究在弹簧质量不能
ｄ一０
２卜‰
５㈣＝０ １０８ｋｇ．＂０．００８
ｋｇ
选取吕、岛分别为滑块经过光电门１、２时的 系统的机械能，则
拙＝０．００７ ｋｇ，＾＝５
ｓ１＝５．５０…２＝５
＾２—１．９６０ ０
２０ ｃｍ，ｂ＝５．５０ ｃｍ ４５ ａＩｌ，＾ｉ—ｉ ７０４ ３，
五＝｛Ａ酽＋ｉ１＾・＆｝＋丢＾。＆ｌ（８）
ｚ３．ｒ２％ｗｂ—ｚＩ）
本文链接：/Periodical_dxwlsy201103023.aspx
第２４卷第３期 ２０１１年６月
大学物理实验 ＰＨＹＳＩＣＡＩ．ＥｘＰＥＲＩＭＥＮＴ ＯＦ ＣＯＬＬＥＧＥ
ＶｏＬ ２４ Ｎｏ．３ Ｊｕｎ ２０１１
文章编号：１００７—２９３４（２０１１）０３－００７６－０３
用Ｄ Ｉ Ｓ研究弹簧振子系统中的机械能守恒
刘
杨，刘
莹，陈
蕾，丁益民
（湖北大学，湖北武汉４３００６２）
５１
（ｍ１一ｏｌ一∞１ｖｌ
实验测量结果如表ｌ所示。
ｌｌ女ｔｔ＊
日（ｍ）
≈（ｍ）
DIS实验探究弹簧振子系统中的机械能守恒定律
D I S实验探究弹簧振子系统中的机械能守恒定律曹政倪敏张悦李天发徐小林韩唯伟(上海师范大学数理学院上海200234)(收稿日期:20160519)摘要:介绍一种用D I S研究机械能守恒定律的实验方法,不仅为验证机械能守恒提出了一种新的方法 振动法,也从物体动能㊁重力势能和弹性势能三者相互转化的角度验证机械能守恒,更全面地阐明了机械能守恒的条件,加深学生对机械能守恒定律的理解.关键词:机械能守恒 D I S实验弹性势能1引言机械能守恒定律是一条重要的物理定律,是人教版高中‘物理㊃必修2“第七章第8节的内容.传统的实验采用打点计时器的验证方式,这个方式中打点计时器与限位孔及振针存在一定误差问题[1].D I S实验具有灵敏度高,精确性高等优点.验证机械能守恒定律的D I S实验有很多方法,如摆球法㊁斜轨法㊁光栅法等.传统的实验和其他用D I S验证机械能守恒定律的方法有很多,但都存在一定局限性,都是通过动能和重力势能的转化来验证机械能守恒的[2].机械能守恒定律是指在只有重力或弹力做功的系统内,动能与势能可以互相转化,而总的机械能保持不变.实际上,机械能守恒也可以是动能㊁重力势能㊁弹性势能三者之间的转化.类似于自由落体等重力做功的物理模型在学生的脑海中容易产生和形成,也根深蒂固.这种验证方式容易让学生以为机械能守恒定律仅限于重力做功,从而忽视弹力做功.该问题若在传统的实验中改进,将产生实验数据不便于测量等问题.因此,笔者设计了动能㊁重力势能㊁弹性势能三者之间相互转化的D I S实验来进行改进[3].2实验器材朗威D I S L a b(光电门㊁力传感器和数据采集器)1套,计算机1台,铁架台1套,轻质弹簧1个,细线1根,砝码1个,透明塑料尺1把.实验装置示意图如图1所示.图1实验装置示意图3实验原理机械能包括动能E k和势能,势能又包括重力势能E p和弹性势能E pᶄ.弹簧和一重物悬挂后,在弹性限度内竖直方向往复振动,系统只有重力或弹力做功,满足机械能守恒定律,系统的机械能为E=E k+ E p+E pᶄ.机械能守恒定律的表达式是E2=E1,即系统的机械能守恒表达式为E k2+E p2+E p2ᶄ=E k1+E p1+E p1ᶄ如图1所示,将两个光电门固定在铁架台上,将弹簧的上端固定,下端系一根带有砝码的细线,使砝17作者简介:曹政(1988),男,在读研究生,学科教学(物理)专业.指导教师:倪敏(1960),女,副教授,主要从事物理教育和物理实验研究.码位于两个光电门的激光孔之间.当砝码竖直方向振动时,弹簧和砝码构成的系统机械能守恒.机械能守恒的初末状态为砝码经过光电门的两个时刻.记录砝码通过两个光电门的时间t1和t2,测量砝码的厚度d,从而算出初末时刻的速度d t1与d t2,进而算出砝码的动能.选定下端光电门中激光孔所在的水平面为零势面,通过测量两个光电门激光孔之间的距离h,计算出砝码经过上端光电门时刻所具有的重力势能E p=m g h.先通过D I S实验测量出弹簧的劲度系数κ,再通过测量弹簧初末时刻的拉伸长度来计算弹簧的弹性势能E pᶄ=12κx2,弹簧选择轻质弹簧,这里忽略弹簧的重力势能和动能.要验证的机械能的表达式整理后为E k2+E p2+E p2ᶄ=E k1+E p1+E p1ᶄ式中E k表示砝码的动能,E p表示砝码的重力势能, E pᶄ表示弹簧的弹性势能.由于重物小球很难精确做到小球直径恰好通过光电门的红外线发射孔,笔者采用圆柱形砝码进行实验,以减小实验误差.同时,用一根细线将砝码和弹簧相连,来避免弹簧经过光电门影响数据采集.将砝码在适当高度释放,确保砝码在竖直方向上下振动,开始采集数据.让砝码在光电门之间,做往复运动.通过添加公式,计算砝码的动能㊁重力势能,弹簧的弹性势能,求出总的机械能.从实验结果上,根据系统的初末状态的机械能,验证机械能守恒定律. 4实验过程(1)在验证机械能守恒定律之前,利用朗威D I S L a b胡克定律实验测量弹簧的劲度系数,弹簧劲度系数如表1所示.(2)将朗威D I S L a b机械能守恒实验器材按图1安装好,把两个光电门固定在铁架台上后,并接入数据采集器的第一通道和第二通道.(3)将砝码通过细线悬挂在弹簧下端,调整细线的长度,使砝码处于两个光电门之间.(4)调整光电门或砝码位置,确保砝码可在光电门的激光孔之外上下往复振动.(5)打开 计算表格 ,点击 自动记录 中的 开始 ,将砝码在适当高度释放,确保在砝码竖直上下振动过程中,满足振动的最高点时,砝码的最低点高于光电门1的激光孔,同时在振动的最低点,砝码的最高点低于光电门2的激光孔.否则清除数据,重复步骤(5).(6)点击 变量 ,分别定义 m 表示砝码质量,h 表示两个光电门激光孔之间的距离, x1 表示砝码在经过光电门1时弹簧的拉伸量, x2 表示砝码在经过光电门2时弹簧的拉伸量, d 表示砝码的厚度, κ 弹簧的劲度系数.(7)点击 公式 ,输入v1=d t1,表示砝码经过光电门1时的速度;输入v2=d t2,表示砝码经过光电门2时的速度;输入E k1=0.5m v21,表示砝码在光电门1位置时的动能;输入E k2=0.5m v22,表示砝码在光电门2位置时的动能;输入E p1ᶄ=0.5κx21,表示砝码在光电门1位置时,弹簧的弹性势能;输入E p2ᶄ= 0.5κx22,表示砝码在光电门2位置时,弹簧的弹性势能;输入E1=E p1ᶄ+E k1+9.794m h,表示在光电门1时,系统的机械能;输入E2=E p2ᶄ+E k2,表示在光电门2时,系统的机械能;输入n=E1-E2E1+E22,表示相对误差.(注:上海地区重力加速度g=9.794N/k g) 5实验结果及分析5.1弹簧劲度系数实验结果利用拉伸法验证机械能守恒实验中所用到的轻质弹簧的劲度系数公式κ=F1æèçöø÷x.实验数据如表1所示,从表中可得κ的平均值κ-=8.4476N/m.表1弹簧劲度系数实验数据计算表格F1/N x/mκ/(N㊃m-1)10.640.808.000020.820.108.200030.990.128.250041.180.148.428651.370.168.562561.560.188.666771.740.208.700081.930.228.7727平均值8.4476275.2验证机械能守恒实验结果通过光电门测量砝码经过光电门所用的时间t1,t2以及 变量 砝码质量m,两个光电门激光孔之间的距离h,砝码在经过光电门1时弹簧的拉伸量x1,砝码经过光电门2时弹簧的拉伸量x2,砝码的厚度d如表2所示.添加的 公式 :砝码经过光电门1时的速度v1,砝码经过光电门2时的速度v2,砝码在光电门1位置时的动能E k1,砝码在光电门2位置时的动能E k2,砝码在光电门1位置时弹簧的弹性势能Eᶄp1㊁砝码在光电门2位置时弹簧的弹性势能Eᶄp2,光电门1时系统的机械能E1,在光电门2时系统的机械能E2以及相对误差n如表3所示.表2各变量的实验结果t1/s t2/s m/k g h/m x1/m x2/m d/m 0.053430.056030.057720.079420.053680.067040.049080.065260.065310.070150.055090.065400.05050.0350.0450.0800.014表3数据计算结果v1/(m㊃s-1)v2/(m㊃s-1)E k1/J E k2/J Eᶄp1/J Eᶄp2/J E1/J E2/J n 0.26200.24990.00170.00160.24260.17630.00150.00080.26080.20880.00170.0011 0.28520.21450.00210.0012 0.21440.19960.00120.0010 0.25410.21410.00160.00120.00840.002640.02740.0280-0.02170.02720.02720.00000.02740.0275-0.00360.02780.02760.00720.02690.0274-0.01840.02730.0276-0.01095.3实验分析根据表3中的数据,可得出机械能的损失仅在0~2.17%之间.计算相对误差n的平均值,得平均相对误差n-=-0.79%,控制在-1%~1%以内[4].实验中,把系统机械能的表达式用E机械能= E k砝码+E p砝码+E p弹簧来表示,这本身就存在着近似,忽略弹簧的动能和势能,也或者可以近似地认为弹簧运动过程中的动能和势能之和保持不变;在实际操作中,近似地认为弹簧竖直上下振动.因此,实验的误差主要来源于这个两个近似,分析可知:(1)弹簧存在一定的动能和势能,同时,砝码在运动到平衡位置以上时,动能㊁重力势能成反变关系可以近似为之和保持不变,但当砝码运动到平衡位置以下时,动能减小,重力势能仍然减小,则不可这样近似.但是实验中弹簧为轻质弹簧,弹簧的动能计算有些复杂,且实验的误差小于1%,实验也达到了利用三者能量转化相对地验证机械能守恒定律的目的.(2)实际操作中,很难保证弹簧竖直上下振动,所以实验中要求操作人员,多次实验选取实验较为准确的数据,同时在实验过程中也要注意观察,防止实验数据产生较大误差的同时也要保护好光电门. 6结束语从实验结果上可以看出,用振动法验证机械能守恒的D I S实验全面地验证了动能㊁重力势能㊁弹性势能三者之间的能量守恒关系.本次实验在验证了机械能守恒定律的同时,完整地应和了机械能守恒定律的概念,加深了学生对于机械能守恒定律的含义和适用条件的理解[5].实验也提出了验证机械能守恒定律的一种新方法,更好地发挥出了D I S实验的优势,对促进学生的思维能力和培养学生探究能力起到重要作用.本实验的研究对象和以往的实验也有所不同,不再是单一的重物,而是用重物和弹簧的系统进行分析,在实验设计上也提出了一种新的思路[6].(下转第78页)375 结束语本文介绍了北京科技大学天津学院大学物理实验教学管理系统的设计需求㊁总体结构设计㊁模块和功能设计㊁网页设计等.该系统从2014年9月份开始筹划,经过一年多的设计研究,现在已基本开发完成,并进入了实际的测试运行阶段.系统共设有普物实验教学系统㊁演示实验教学系统㊁实验成绩管理系统㊁开放预约系统㊁实验论坛等5个主要的功能模块,基本满足了学生进行预习㊁复习㊁预约实验㊁查询信息㊁下载资料,教师进行成绩管理㊁答疑㊁发布信息等各用户的需求.它具有网络化㊁智能化㊁高性能㊁低维护㊁界面友好㊁操作简单㊁功能强大㊁管理方便㊁平台优秀等一系列的优点,能够完全按照开发设计的初衷,稳定㊁安全㊁快速地运行于校园局域网之上,实现了校园网内的任意计算机都能进行物理实验信息的查询㊁下载㊁打印,实验预约㊁成绩管理㊁师生互动等操作,访问相关信息.大学物理实验教学管理系统的设计开发实现了以下功能:(1)通过系统平台,实现了教学资源共享,有效缓解了仪器设备有限和学生学习需求之间的矛盾;使更多的学生不受时间和空间的限制进行学习,有效扩大学生的受益面,实现教学内容㊁空间㊁时间㊁人员㊁设备等的高效利用.(2)解决了教学过程中学生预习难㊁复习难㊁教师成绩管理难等问题.(3)实现了教学管理的信息化㊁规范化㊁系统化,达到了改善实验教学效果和提高管理效率的目的,更好地满足了开放式实验教学的需求.参考文献1 谭佐军,卢军,谢静,等.中心开放式大学物理实验教学管理系统的设计.大学物理实验,2013,26(5):118~1212 王墨林,罗乐. 大学物理实验 网络教学系统的设计,实验室研究与探索.2012,31(12):140~1443 赵龙.大学物理实验教学与管理系统的研究.信息系统工程,2012(1):145~1464 谭司庭,何毅,徐富新.大学物理实验教学辅导系统的开发设计.物理实验,2012,32(9):18~215 庄发文.实验教学管理系统的主要功能及实现.长春理工大学学报,2012(8):137~1396 何玉洁.数据库原理与应用.北京:机械工业出版社,2003.120~138D e v e l o p m e n t a n dD e s i gno n t h e T e a c h i n g M a n a g e m e n t S y s t e mo f U n i v e r s i t y P h y s i c sE x pe r i m e n t B iH u i y i n g X u M e i l i n X uY i s h u a n g C a iG u i s h u a n g Z h a n g X i n Z h a n g S u ji e L iH u i (T i a n j i nC o l l e g e ,U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y B e i j i n g ,T i a n ji n 301830)A b s t r a c t :T h e r e s e a r c h o nt h et e a c h i n g m a n a g e m e n ts y s t e m o fc o l l e g e p h y s i c se x p e r i m e n ti s b a s e d o nt h e p h ys i c s e x p e r i m e n t t e a c h i n g m a n a g e m e n t n e e d s o fT i a n j i n c o l l e g e ,u n i v e r s i t y o f s c i e n c e a n d t e c h n o l o g y B e i j i n g .T h e p u r p o s e i s t h a t s h a r i n g t e a c h i n g r e s o u r c ea n da c h i e v i n g i n f o r m a t i o n m a n a g e m e n t .W i t ht h ee s t a b l i s h m e n to ft h es y s t e m p l a t f o r m ,t h e d i f f i c u l t p r o b l e m o f p r e v i e w ,r e v i e w a n d m a n a g e m e n ti nt h ee x p e r i m e n t a lt e a c h i n g p r o c e s sa r er e s o l v e d .C o n s e q u e n t l y,t e a c h i n g e f f e c t a n d m a n a g e m e n te f f i c i e n c y a r ei m p r o v e d .I nt h i s p a p e r ,t h ea u t h o rc o n c l u d et h er e s u l t so ns y s t e m d e s i g n r e q u i r e m e n t s ,o v e r a l l s t r u c t u r e d e s i g n ,f u n c t i o nd e s i g na n dw e bd e s i gn .K e y wo r d s :c o l l e g e p h y s i c s e x p e r i m e n t ;t e a c h i n g m a n a g e m e n t ;s y s t e md e s i g n ;췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍r e s e a r c h (上接第73页)参考文献1 冯克诚.中学物理实验改进设计与规范操作实用全书.北京:中国对外翻译出版公司,1999.13882 潘志民.D I S 实验对 摩擦力 一节教学的帮助.物理教师,2011,32(8):383 马丽娜.D I S 验证恒力做功的动能定理及其改进.中学物理教学参考,2015,44(10):954 孟小兵.D I S 技术与传统实验的结合 机械能守恒定律的实验教学.物理教学探讨,2011,29(9):535 王剑.D I S 实验探究教学初探 机械能守恒的教学设计.物理教师,2009,30(11):426 孙广铭,唐根宝.用D I S 验证机械能守恒定律.教学仪器与实验,2015,31(1):5987。
高中物理 DISLab验证机械能守恒定律
DISLab验证机械能守恒定律根在2019年4月国家颁布的《普通高中物理课程标准（实验）》中，把“科学探究及实验能力要求”、“共同必修模块”、“选修模块”并列作为内容标准的三大部分，由此不难看出，在高中物理课程中科学探究、物理实验占有非常重要的地位。
传统的物理实验存在耗时多、测量精度不高等问题，而新课程下物理课的课时又较少，如何解决这一矛盾呢？数字化信息系统实验室(Digital Information System Laboratory，简称DISLab)的出现正逢其时，DISLab 是由传感器+数据采集器+计算机（安装实验软件包）构成的新型实验系统，DISLab以其强大的数据采集系统和处理软件成功改善了一些已有的物理实验、增加原来不能做或者实验现象不明显的实验，极大地扩展了教学实验的内容，涉及以前教学实验无法涉及的领域，提升了物理教学的广度和深度，给予学生更大的学习空间，激发他们的想象力、创造力。
下面笔者从《验证机械能守恒定律》的几个方案出发谈谈DISLab在中学物理实验教学中的应用和独特优势。
一、《验证机械能守恒定律》传统实验方案举例方案一：利用打点计时器验证机械能守恒一个质量为m的物体带着纸带自由下落，通过打点计时器记录运动信息，利用打出的纸带计算经过高度为h1的A点的速度为v1，下落到高度为h2的B点的速度为v2。
若重力势能的减少量与动能的增加量相等。
则机械能守恒得以成功验证。
该实验操作简单，纸带的处理方法传统，高中物理实验中多个实验使用打点计时器和纸带，如《记录物体运动信息》、《探究匀变速直线运动》、《探究自由落体运动》、《牛顿第二定律》、《探究力做功与动能关系》等。
该实验仪器简单、可操作性强，但是方案缺乏新意、实验有重复性、实验误差较大。
方案二：平抛验证机械能守恒一个质量为m的物体，从光滑的圆弧A点从静止开始下滑，在圆弧最低点B水平抛出，测量平抛的水平位移与竖直高度计算小球在B点的动能，若重力势能的减少量与动能的增加量相等。
巧用阿特伍德机和DIS系统验证机械能守恒定律
巧用阿特伍德机和DIS系统验证机械能守恒定律作者：王祥委段娟娟彭朝阳来源：《物理教学探讨》2017年第02期摘要：“验证机械能守恒定律”是高中物理教学中的重要实验，但实验要求较高，很难在实际教学中开展。
本文介绍了巧用阿特伍德机和DIS系统验证机械能守恒定律，并借此进行了实验测量，其实验结果验证了机械能守恒定律。
关键词：DIS系统；机械能守恒定律；阿特伍德机中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2017）2-0054-31 问题的提出机械能守恒定律（law of conservation of mechanical energy）是指：在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能和势能可以互相转化，而总的机械能保持不变。
“验证机械能守恒定律”是人民教育出版社课程教材研究所编写的普通高中课程标准实验教科书《物理必修2》[1]第七章第九节的内容。
教材中介绍的实验采用如图1所示的装置。
实验方法是：用天平测量出重物的质量，由于重物下落的高度等于电火花计时器打出的纸带上某两点之间的距离，便可计算出重物下落过程中重力势能的减少量；再利用纸带上的点计算出重物在各点的瞬时速度，从而得出重物在各点的动能；比较重物在某两点间动能的增加量和重力势能的减少量是否相等，若在实验误差允许的范围内近似相等便验证了机械能守恒定律。
教材中介绍的实验条件要求较高且有以下注意事项：（1）为了减小摩擦阻力的影响，在安装电火花计时器时必须使纸带和限位孔在同一竖直线上；（2）为了减小空气阻力的影响，应选用质量和密度较大的重物；（3）为了减小测量下落高度的相对误差，选取的计数点应离起始点远一些，但也不宜过长；（4）为了使计时时间更加准确，应该在稳定的市电环境下进行实验。
实验中，提纸带的手不能抖动，接通电源，待电火花计时器工作稳定后再松开纸带让重物下落。
面对这些较高的实验要求，许多优秀高中物理教师努力对“验证机械能守恒定律”的实验进行了改进，例如：安学立基于“波”概念改进了传统的机械能守恒定律实验[2]；唐素珍自制演示装置，规避了难以测量的速度[3]；杨明辉提出了利用转动马达验证机械能守恒定律[4]；张生斌提出了巧用平抛运动验证机械能守恒定律[5]；谢杰妹、陈显盈自制“记忆型”弹簧秤，对验证机械能守恒定律实验进行了创新设计[6]。
DIS专用实验十一研究机械能守恒定律
实验十一 研究机械能守恒定律实验器材朗威DISLab 数据采集器、光电门传感器、DISLab 机械能守恒实验器、铁架台、计算机。
实验装置如图11-1。
实验操作实验（一）1．架设好DISLab 机械能守恒实验器。
本实验使用DISLab 机械能守恒实验器的主板、副板、定位挡（实验器的安装参见附录。
注意：虽然图11-1中光电门传感器已安装，但不在本实验中使用）；2．将定位挡片分别固定在“P 、Q 、R ”三个点，在“A 、B 、C ”三个点释放摆锤，使摆锤线在摆动过程中受到定位挡片的阻挡；3．观察不同点释放摆锤时摆锤在副板上升的位置，用记号笔标出该位置在副板上的投影点；4．总结挡片位置、摆锤释放点与摆锤到达点的关系，使学生对论机械能守恒定律有一个定性的了解。
图11-1 验证机械能守恒定律装置图实验（二）1．架设好DISLab 机械能守恒实验器。
如图11-1，将光电门传感器接入数据采集器第一通道。
2．点击教材专用软件主界面上的实验条目“动能势能转换”，打开该软件（图11-2）。
3．测量DISLab 机械能守恒实验器摆锤的直径Δs 及其质量m ，将数据输入软件窗口下方的表格。
4．将磁铁夹固定在DISLab 机械能守恒实验器的A 点，依次将光电门固定在D 、C 、B 点。
固定光电门和磁铁夹时为达到精确定位，需使用测平器（测平器的使用方法参见用户手册）。
5．点击“开始记录”。
在A 点释放实验器的摆锤，摆锤通过光电门传感器的速度就显示在表格中。
6．变更光电门的位置，得出光电门传感器在D 、C 、B 三点时的数据（图11-3）。
7．点击“数据计算”，得到摆锤通过B 、C 、D 各点时的动能、势能和机械能值（图11-4）。
8．根据实验结果，可见在误差范围内，动能势能转化过程中机械能保持不变。
注意每次释放摆锤之前，均需点击“开始记录”。
图11-2 机械能守恒定律实验界面图11-4 测量并计算得到结果图11-3 记录实验数据。
实验五：用DIS研究机械能守恒定律
学习水平：C级实验性质：学生实验学习要求：6.1.7 设计“用DIS研究机械能守恒定律”的实验①知道实验目的；②能设计实验方案；③能参照设计的实验方案，独立完成相关操作；④能根据实验数据得出结论核心考点:1.知道实验仪器的名称，了解光电门传感器测速原理；2.知道实验的原理；3.正确表述实验结论；4.会区分E-h、E p-h与E k-h图像；5.会误差分析。
一、实验要求：《教学基本要求》P64二、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）三、实验原理：分别测定摆球在摆动过程中任意时刻的动能和势能，研究机械能的总量有什么特点。
本实验分成定性研究a和定量研究b两部分：a) 通过改变定位挡片的位置，改变摆锤向左摆动时摆绳的长度。
观察摆锤每次摆到左边最高点时的位置与释放点位置的高度关系，只能定性地得到摆锤在这两个位置机械能相等的结论。
b) 通过DIS测定摆球在不同位置的瞬时速度，从而通过DIS软件求得摆球在该位置的动能，同时输入摆锤的高度，求得摆锤在该位置的重力势能，进而研究重力势能与动能转化时的规律。
四、实验操作注意事项1. 实验中摆锤的直径Δs和其质量m由老师告知，直接通过键盘输入软件界面。
2. 实验中可测量计算机默认高度处（A、B、C、D）的机械能，也可自选其他位置并通过键盘输入所测量高度的数值。
3. 实验中A、B、C、D四点相对于摆锤最低点的高度为0.150m、0.100m、0.050m、0.000m已由计算机默认，不必输入。
4. 若测量计算机默认高度处的机械能，光电门传感器定位的顺序是D、C、B。
5. 调整光电门的高度时要将光电门的红外线发射孔或接收孔的中心位置调节到所测量的高度。
6. 每次释放摆锤前摆线要拉直。
7. 实验中测量四个位置的速度需要摆球重复四次相同的运动，因此要求每次无初速度释放摆球，且释放位置保持不变。
五、实验误差可能原因1.空气阻力使摆锤的机械能有所减少。
DIS机械能守恒实验
实验目的： 一.实验目的： 实验目的 研究动能和重力势能转化中所遵循的规律。 研究动能和重力势能转化中所遵循的规律。 实验器材： 二.实验器材： 实验器材 机械能守恒实验器、 机械能守恒实验器、DIS 光电门传感器）、天平、 ）、天平 （光电门传感器）、天平、刻 度尺 标尺盘 光电门
P Q R 15 10 5 D C B
A
摆锤
实验步骤： 三.实验步骤： 实验步骤
1．测量摆锤的直径∆s及质量 。 ． 及质量m。 及质量 m按理可以不测，但计算机程序中要。 按理可以不测，但计算机程序中要。 按理可以不测 2．将光电门放在标尺盘的D点，并接入数据采集器， ．将光电门放在标尺盘的 点 并接入数据采集器， 摆锤置于A点 点击“开始记录” 同时释放摆锤， 摆锤置于 点，点击“开始记录”，同时释放摆锤，摆 锤通过D点的速度自动记录在表格对应处 点的速度自动记录在表格对应处。 锤通过 点的速度自动记录在表格对应处。 3．点击“数据计算”，计算D点的势能、动能和机 ．点击“数据计算” 计算 点的势能 点的势能、 械能（ 、 、 、 点的高度计算机默认 点的高度计算机默认）。 械能（A、B、C、D点的高度计算机默认）。 4．将光电门依次放在标尺盘的 、C点，重复实验。 ．将光电门依次放在标尺盘的B、 点 重复实验。
仔细调节光电门的位置
利用辅助尺， 利用辅助尺， 使光电门的透光 孔位于C点的延 孔位于 点的延 长线上。 长线上。
注意释放的手势
释放摆锤时， 释放摆锤时， 避免抖动。 避免抖动。
练习1：在实验中需要测量的物理量有： 练习 ：在实验中需要测量的物理量有： ________、 ________、 ________________ 、 摆锤直径 摆锤质量 、 经过各点时的速度 和__________（计算机默认）。 各点的高度（计算机默认）。 练习2：实验所需仪器与器材有： 天平 、 练习 ：实验所需仪器与器材有：________、 ________、 ________________和 刻度尺 、 机械能守恒实验器 和 _____________。 _____________。 光电门传感器
学生实验：用DIS研究机械能守恒-沪科版高一物理下册教案
学生实验：用DIS研究机械能守恒-沪科版高一物理下册教案实验目的本实验旨在通过使用DIS实验器材，研究机械能守恒的规律和运动学原理，并帮助学生提升自己的实验能力和实验技能。
实验器材•DIS实验器材•计时器•钢球•直线轨道•尺子•平衡木实验步骤第一步：铺设直线轨道将直线轨道铺设好，并将其固定在水平面上，以保证铺放的位置准确无误。
第二步：安装DIS实验器材将DIS实验器材安装在直线轨道的起点和终点处，注意起点处铺设实验器材时，要使铁球从设备的中心下落，从而保证实验的有效性。
第三步：进行实验在进行实验前，先测量一下直线轨道的长度，并在起点处放置钢球，确定起始位置。
当钢球从起点出发后，DIS实验器材将会测量出钢球的速度和时间，记录下这些数据。
当钢球到达直线轨道的终点时，同样测量一下钢球的速度，并计算出钢球通过直线轨道所产生的动能和势能的变化量。
第四步：数据处理根据测量得到的数据，进行计算并记录实验结果。
通过计算动能和势能的变化量，验证机械能守恒定律是否成立，以及机械能的转化和机械能守恒的规律。
第五步：维护实验设备存放好实验设备，并将其清洗干净，以便下一次实验使用。
实验注意事项•在实验过程中，要注意操作规范和安全，避免发生安全事故。
•在进行实验前，先仔细检查实验设备和器材，确保实验顺利进行。
•在实验结束后，应及时清洗和维护实验设备，以保证下一次使用。
•在进行实验操作时，要保持实验环境的干净和整洁，以确保实验的可靠性和精度。
•初次进行实验时，应注意观察和品味实验结果，分析和总结实验过程中遇到的问题和解决方法，并有针对性地提出改进意见。
实验总结通过学习和实践，通过DIS实验器材研究机械能守恒定律，能让学生更好地理解和掌握物理知识，提升其实验能力和实验技能。
同时，也帮助学生培养科学探究的兴趣，提高他们的科学素养和创新意识，进一步提高其知识水平和实践能力。
用DIS研究机械能守恒定律(实验)
课堂练习
(3)如果以v2/2为纵轴，以h为横轴，根 据 实 验 数 据 绘 出 的 v2/2 － h 图 线 是 一条过原点的倾斜直线，该线的斜率等 ______________ 于当地重力加速度(9.80m/s2)
谢谢！
• 下次再见！
②实际上重物和纸带下落过程中要克 服阻力(主要是打点计时器的阻力)做功， 故动能的增加量ΔEK必定稍小于势能的 减小量ΔEP，这属于系统误差．
课堂练习
在“验证机械能守恒定律”的实验 中，已知打点计时器所用电源的频率 为 50Hz. 查 得 当 地 的 重 力 加 速 度 g ＝ 9.8m/s2 ， 测 得 所 用 的 重 物 的 质 量 为 1.00kg. 实验中得到一条点迹清晰的纸 带，把第一个点记作 O ，另选连续的 4 个点A、B、C、D作为测量的点．经测 量知道 A 、 B、 C、 D各点到 O的距离分 别 为 62.99cm 、 70.18cm 、 77.76cm 、 85.73cm.
专业资料用dis研究机械能守恒定律实验专业资料用dis研究机械能守恒定律学生实验专业资料情景切入用细绳把铁锁吊在高处并把铁锁拉到鼻子尖前释放保持头的位置不动铁锁摆回来时会打着鼻子吗
用DIS研究机械能 守恒定律（学生实验）
情景切入
用细绳把铁锁吊在高处，并把铁 锁拉到鼻子尖前释放，保持头的位置 不动，铁锁摆回来时，会打着鼻子吗？ 试试看，并解释为什么．
实验器材
铁架台 ( 带铁夹 ) 、电火花打点计时 器或电磁打点计时器；重锤 (带纸带夹)； 纸带(数条)、复写纸片、导线、毫米刻 度尺、低压交流电源．
注意：重锤应选体 积较小、质量较大者， 以减少空气阻力的影 响．又因无需测其质 量，所以本实验不用 天平．
实验装置图
学生实验：用DIS研究机械能守恒
机械能守恒定律学案班级姓名一、知识回顾：机械能E二、情景计算（以地面为零势能面，g取10m/s2）情景1、质量为1kg的小球，从离地高度约20m的地方，静止释放，不计空气阻力。
请分别计算下落起始时A点、1s末B点、还有落地时C情景2、质量为1kg的小球，从离地高度约20m的地方，静止释放，若所受阻力为2N，请分别计算下落起始时A点、1s末B点、还有落地时C点的速度、动能、下落高度、离地高度、重力势能、机械能填入下表中止下滑，斜面倾角为37°。
请分别计算起始时A点、下滑1s末B点、滑到底端时C点的速度、动能、下滑距离、此时离地高度、重力势能、机械能填入下表中（sin37°=0.6，滑，斜面倾角为37°，所受阻力恒定为3N。
请分别计算起始时A点、下滑1s末B点、滑到底端时C点的速度、动能、下滑距离、此时离地高度、重力势能、机械能填入下表中三、得出结论：表达式：；；；四、DIS实验验证：【小组讨论】请思考：1、如果要测运动中某点（比如C点）的机械能，该如何操作？2、实验中要测哪些点的机械能？3、具体该如何操作？请给出实验方案实验结论：五、物理知识服务生产生活：【小组讨论】3号线列车进出站南水北调中线六、应用：1、判断下列情况中物体的机械能是否守恒？说明理由（1）如图所示，小球沿光滑曲面下滑（2）物体在空中自由下落（3）跳伞员利用降落伞在空中匀速下落（4）物体以一定初速度冲上光滑的斜面2、如图是一条高架滑车的轨道示意图，各处的高度已标在图上。
一节车厢以1m/s的速度从A点出发、最终抵达G点，运动过程中所受阻力可以忽略。
试问：（1）车厢在何处重力势能最大？在何处动能最大？在哪一段路程中动能几乎不变？（2）车厢的最大速度是多少？（3）如果车厢的质量为1x103kg，当它抵达G点后要在水平轨道上通过外界制动装置使它停下。
车厢克服制动装置的阻力要做多少功？由上题可得出结论：3、在足球比赛中，一位运动员在离地1.2m高处用倒钩射门方式以16m/s速度踢出一个质量为0.44kg的足球，足球到球门时离地高度为2.2m，这时球速是多大？动能是多大？（空气阻力忽略不计）。
用DIS验证简谐运动中的机械能守恒定律
第４期
２０１９年４月
ＰＨＹＳＩ物ＣＳ Ｅ理ＸＰ ＥＲ实ＩＭ Ｅ验ＮＴＡＴＩＯＮ
Ｖｏｌ．３９ Ｎｏ．４ Ａｐｒ．，２０１９
櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶
文 章 编 号 ：１００５４６４２（２０１９）０４００６１０３
犿犵狓，弹性势能 犈ｐ２ ＝１２犽Δ狓２，重力势能 犈ｐ１ 、动 能 犈ｋ、弹性势能 犈ｐ２ 均可用已 测 得 的 量 来 定 义，最 后 将机械能定义为：犈＝犈ｋ＋犈ｐ１ ＋犈ｐ２ ．绘出 机 械 能 与 时 间 的 图 像 ，得 到 斜 率 为 零 的 直 线 ，从 而 验 证 机 械能守恒定律．
图 １ 实 验 装 置
２．２ 实 验 步 骤 １）如图 １安装好实验器材，并将运动传感器
调 到 “正 常 ”模 式 ． ２）打 开 ＬｏｇｇｅｒＰｒｏ 软 件，界 面 左 侧 的 数 据
收 稿 日 期 ：２０１８１２２０ 作者简介：张建峰（１９９１－），女，山西朔州人，南京外 国 语 学 校 方 山 分 校 教 师 集 结束．定义弹 簧伸 长 量， 具 体 操 作 为 ：点 击 “数 据 ”栏 中 的 “新 计 算 栏 ”，在 名 称和短名中输入弹 簧 伸 长 量 Δ狓，单 位 为 犿，公 式 为 ：０．３５－ “位 置 ”．如 图 ２ 所 示 ．
验得到的函数式为狓＝犃ｓｉｎ （２π犳狋＋）＋狓０，这是 由于运动传 感 器 所 测 量 的 位 置 （即 狓 的 值）不 是 重物离开平衡位 置 的 距 离，而 是 重 物 与 传 感 器 的
关 键 词 ：ＤＩＳ；简 谐 运 动 ；机 械 能 守 恒 定 律 中 图 分 类 号 ：Ｇ６３３．７ 文 献 标 识 码 ：Ａ ＤＯＩ：１０．１９６５５／ｊ．ｃｎｋｉ．１００５４６４２．２０１９．０４．０１１
实验用DIS研究机械能守恒定律(步骤及习题)
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：次数高度 h/m-1速度 v/ms D C B A0.0000.0500.1000.150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 -2 J，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。
学生实验：用DIS研究机械能守恒-沪科版高一物理下册教案
学生实验：用DIS研究机械能守恒-沪科版高一物理下册教案实验目的:通过实验，让学生了解机械能守恒定律的应用，并学习如何使用DIS两点法及计算机处理数据。
实验材料:滑轮、铅丝刻度卡尺、重物、计时器、计算机连线器等。
实验步骤:1. 实验前准备1.使用铅丝刻度卡尺测量铅丝的直径和长度。
2.根据测量的数据计算铅丝的横截面积。
3.使用滑轮将铅丝固定在上面，并在下面悬挂一个重物。
2. 实验操作1.通过计时器测量重物下降的时间t1。
2.在悬挂重物的同时，拨开计时器开关，使重物在滑轮上升至原高度，并测量其上升的时间t2。
3.将以上实验数据输入计算机，使用DIS两点法处理数据，计算机器取平均值并得出结果。
3. 实验记录记录以下数据： 1. 铅丝直径d、长度l及铅丝横截面积S。
2. 重物的质量m。
3. 重物下降时间t1、上升时间t2及移动距离ℎ。
4. 计算机得出的重力势能、动能及机械能值，以及机械能守恒的误差值。
实验结果及分析1. 实验数据根据实验记录得到以下数据： 1. 铅丝直径$d=0.05\\text{mm}$，长度$l=150\\text{cm}$，铅丝横截面积$S=1.9635\\times 10^{-7}\\text{m}^2$。
2. 重物的质量$m=200\\text{g}$。
3. 重物下降时间$t_1=1.23\\text{s}$，上升时间$t_2=2.59\\text{s}$，移动距离$h=0.91\\text{m}$。
4. 计算机得出的重力势能$E_p=1.772\\text{J}$，动能$E_k=1.762\\text{J}$及机械能$E=E_p+E_k=3.534\\text{J}$，误差值为$0.1\\%$。
2. 结果分析根据实验数据及计算可知，本次实验中机械能守恒误差仅为$0.1\\%$，证明机械能守恒定律在此实验中得到了很好的验证。
本次实验所程序的教育意义也很清晰，通过计算机处理数据、进行误差分析对学生的科学研究能力进行较好的训练。
高中物理 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05_用DIS研究机械能守恒定律
实验五：DIS研究机械能守恒定律实验目的：研究重力势能和动能之间转化的规律，验证机械能守恒定律。
实验原理：由金属柱做成单摆，可以探究摆动过程中任意适合的动能和势能和关系。
当摆锤通过光电门时，测定摆锤在该位置的瞬时速度可求得此时的动能，摆锤的高度由刻度线读出，以便求得势能大小，依次可研究动能和势能之间的转化规律。
实验装置：实验器材：机械能守恒实验仪、天平、游标卡尺、牵引电磁铁、DIS （光电门传感器、数据采集器、计算机等）。
实验步骤：⑴架设好机械能守恒实验器。
连接器材：并将光电门传感器置于标尺盘D的位置（零势能点）将光电门传感器接入数据采集器，采集器接上电脑；。
⑵双击图标，打开DAS程序，等待传感器自动连接，待变成，传感器就连接成功了。
单击“新课改实验”，双击实验条目“用DIS研究机械能守恒”，进入实验界面。
⑶将摆锤的质量m和直径d输入表格中，开启电源，点击“开始记录”，把摆锤拉到导向杆尾端位置并被电磁铁吸住，关断电源，摆锤自然释放，当摆锤通过光电门时会自动记录数据。
⑷点击“数据计算”，计算出摆锤在D点的势能、动能和机械能。
⑸相继改变光电门的位置（如B、C），重复上述实验。
⑹改变摆锤释放的位置，重复上述实验。
⑺比较实验中各位置的机械能，验证机械能守恒定律。
练习三：1、如图15-10-9所示, 在铁架台上端用铁夹悬挂一个摆球。
在铁架台的下部底座上竖直放置一块贴有白纸的木板( 白纸上画有小方格 )。
实验时, 先将小球拉起至左边A位置,用铅笔记下这个位置。
若用手握铅笔压紧在铁架台竖杆上P点位置（或Q、R位置），然后释放小球, 试在小方格白纸上标出三次小球在不同位置碰到铅笔后向右摆起的最大高度，这个现象表明_____________________________。
图15-10-9 图15-10-102、如图15-10-10所示，K为DIS系统的光电传感器，它与数据采集器相连。
当小球下部的挡光片经过传感器时，系统可直接测得小球经过待测位置时的瞬时速度，下表第一行记录的是以D点为最低点（高度为零），小球经过A、B、C、D的高度；第二行为小球从A处释放后用传感器测得的速度值。
DIS实验研究机械能守恒定律
1一个匀速下降的降落伞忽略空气阻力光滑固定固定光滑光滑光滑其他力做功的代数和为0仍然有机械能守恒现象重力势能与动能相互转化自由落体实验机械能总量不变条件
实验研究机械能守恒定律
现象——“能量穿梭机”
现象—— 海浪
现象——滑板运动
生活中普遍存在重力势能和动能之间相互转化的现象 而且有些时候，物体的机械能保持不变：ΔE机=0
EPA
A
EKA
EPB
B
EKB
EPC
C
EKC
EPD
D
EKD
光电门
机械能守恒定律
在只有重力做功的 情形下，物体的动 能和重力势能发生 相互转化，但机械 能的总量保持不变
对“只有重力做功”的理解
是否必 须只受 重力？
对“只有重力做功”的理解
是否必 须只受 重力？
可以受其 他力 只要其他力 不做功
回顾——ΔE机
ΔE机 = ？ ΔE机 = W除G
那么针对一个机械能保持不变的物体？ 应当有 W除G = 0 也就是只有重力做功
猜想：只有重力做功时， 机械能保持不变
验证——物体的自由落体运动
实验验证：如图装置，从A点释放，我 们将测出下落过程中A、B、C、D四点 处的机械能。
分析一个物体机械能是否守恒 的步骤
一、明确研究对象
二、分析物体的受力情况
三、分析物体的运动过程
四、判断除重力外其他力的做功情况， 看是否满足“只有重力做功”的条件。
哪些情况下小球的机械能守恒？
1、一个匀速
2、
下降的降落伞
4、 光滑 固定
6、 f
F
S
F=f
忽略 空气 阻力
学生实验：用DIS研究机械能守恒
机械能守恒定律学案班级姓名一、知识回顾：机械能E二、情景计算（以地面为零势能面，g取10m/s2）情景1、质量为1kg的小球，从离地高度约20m的地方，静止释放，不计空气阻力。
请分别计算下落起始时A点、1s末B点、还有落地时C情景2、质量为1kg的小球，从离地高度约20m的地方，静止释放，若所受阻力为2N，请分别计算下落起始时A点、1s末B点、还有落地时C点的速度、动能、下落高度、离地高度、重力势能、机械能填入下表中止下滑，斜面倾角为37°。
请分别计算起始时A点、下滑1s末B点、滑到底端时C点的速度、动能、下滑距离、此时离地高度、重力势能、机械能填入下表中（sin37°=0.6，滑，斜面倾角为37°，所受阻力恒定为3N。
请分别计算起始时A点、下滑1s末B点、滑到底端时C点的速度、动能、下滑距离、此时离地高度、重力势能、机械能填入下表中三、得出结论：表达式：；；；四、DIS实验验证：【小组讨论】请思考：1、如果要测运动中某点（比如C点）的机械能，该如何操作？2、实验中要测哪些点的机械能？3、具体该如何操作？请给出实验方案实验结论：五、物理知识服务生产生活：【小组讨论】3号线列车进出站南水北调中线六、应用：1、判断下列情况中物体的机械能是否守恒？说明理由（1）如图所示，小球沿光滑曲面下滑（2）物体在空中自由下落（3）跳伞员利用降落伞在空中匀速下落（4）物体以一定初速度冲上光滑的斜面2、如图是一条高架滑车的轨道示意图，各处的高度已标在图上。
一节车厢以1m/s的速度从A点出发、最终抵达G点，运动过程中所受阻力可以忽略。
试问：（1）车厢在何处重力势能最大？在何处动能最大？在哪一段路程中动能几乎不变？（2）车厢的最大速度是多少？（3）如果车厢的质量为1x103kg，当它抵达G点后要在水平轨道上通过外界制动装置使它停下。
车厢克服制动装置的阻力要做多少功？由上题可得出结论：3、在足球比赛中，一位运动员在离地1.2m高处用倒钩射门方式以16m/s速度踢出一个质量为0.44kg的足球，足球到球门时离地高度为2.2m，这时球速是多大？动能是多大？（空气阻力忽略不计）。
高中物理：新教材实验-用DIS研究机械能守恒定律
用DIS 研究机械能守恒定律实验目的研究动能和重力势能转化中所遵循的规律。
实验原理分别测定摆锤在摆动过程中任意时刻的动能和势能，研究机械能的总量有什么特点。
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）。
实验1观察由同一位置释放的摆锤，当摆线长度不同时，摆锤上升的最大高度。
如图所示，实验时先卸下“定位挡片”，将摆锤（圆柱形）置于A 点，释放摆锤，观察它摆到左边最高点时的位置，用笔记下这个位置，看看这个高度与A点位置是否相同？装上定位挡片并置于P点位置，它对摆绳有阻挡作用。
再次释放摆锤，同样观察摆锤向左摆起的最大高度，记下这个位置。
依次将定位挡片下移至Q、R等位置，重复上述实验。
做类似观察、记录。
从实验结果可得出什么结论？实验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，进而研究势能与动能转化时的规律。
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。
若选用其他点，则需测量实际高度并输入数据。
开启电源，运行DIS应用软件，点击实验条目中的“研究机械能守恒定律”，软件界面如图所示：测量摆锤的直径Δs及其质量m，将数据输入软件界面内。
把光电门传感器放在标尺盘最底端的D点，并以此作为零势能点。
摆锤置于A点，点击“开始记录”，同时释放摆锤，摆锤通过D点的速度将自动记录在表格的对应处。
点击“数据计算”，计算D点的势能、动能和机械能。
依次将光电门传感器放在标尺盘的C、B点，重复实验，得到相应的数据。
比较上述实验结果中各位置的机械能，在实验误差允许范围内，看看有什么特点？从中可得出什么结论？相关习题1．（2008 闸北期末）用DIS研究机械能守恒定律。
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。
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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。