研究机械能守恒定律的实验

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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 2 / 2

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

高中物理实验验证机械能守恒定律

关键信息项：

1、 实验目的：验证机械能守恒定律。

2、 实验器材：打点计时器、纸带、重锤、铁架台、直尺、夹子等。

3、 实验原理：在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能转化为动能，机械能守恒。通过测量物体下落过程中某两点的速度和高度，比较重力势能的减少量和动能的增加量是否相等来验证机械能守恒定律。

4、 实验步骤：

安装实验装置，将打点计时器固定在铁架台上，纸带穿过打点计时器，重锤用夹子固定在纸带的一端。

接通电源，释放重锤，让重锤自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点。

选取合适的纸带，选取点迹清晰、起始点间距适当的纸带进行测量。

测量选取的纸带起点和某一相邻点之间的距离，作为下落的高度 h。

计算纸带上选取点的瞬时速度 v。

计算重力势能的减少量 ΔEp ＝ mgh 和动能的增加量 ΔEk ＝ 1/2mv²，比较两者是否相等。 5、 数据处理与分析：

计算多个点的重力势能减少量和动能增加量，比较其大小。

绘制重力势能减少量和动能增加量随下落高度的变化曲线，观察趋势是否一致。

6、 误差分析：

测量误差：包括长度测量误差、时间测量误差等。

系统误差：打点计时器的阻力、空气阻力等。

7、 注意事项：

实验前要检查打点计时器是否正常工作。

重锤要选择质量较大、体积较小的，以减小空气阻力的影响。

纸带要竖直悬挂，释放重锤时要保证初速度为零。

11 实验目的

本实验旨在通过对重锤自由下落过程的研究，验证机械能守恒定律。即在只有重力做功的自由落体运动中，物体的机械能总量保持不变。

111 实验原理

在理想的自由落体运动中，物体的重力势能转化为动能，其表达式分别为重力势能 Ep ＝ mgh ，动能 Ek ＝ 1/2mv² 。若机械能守恒，则重力势能的减少量等于动能的增加量，即 ΔEp ＝ ΔEk 。通过测量物体下落过程中某两点的高度差 h 和相应的瞬时速度 v ，计算重力势能的减少量 mgh 和动能的增加量 1/2mv² ，比较两者是否相等，从而验证机械能守恒定律。

实验验证机械能守恒定律实验报告

实验目的：

本实验旨在通过验证机械能守恒定律，探究物体在重力场中的机械能守恒规律并验证理论上的机械能守恒定律。

实验原理：

机械能守恒定律是指在没有外力做功的封闭系统中，物体的机械能守恒。机械能由动能和势能两部分组成。动能是由于物体的运动而具有的能量，势能是由于物体处在一些位置而具有的能量。

实验仪器：

1.光滑斜面

2.小球

3.测量尺

4.敏感地磅

5.示波器（选用）

实验步骤：

1.通过测量尺测量斜面的高度H，斜面的夹角θ，记录在表格中；

2.利用敏感地磅测量小球下滑过程中的所受重力和地面反作用力，记录数据；

3.测量小球的直径d和质量m，计算小球的密度ρ；

4.在实验开始前，在地磅上放置小球，记录初始位置； 5.将小球从斜面顶端释放，在小球通过地磅的过程中，利用示波器记录小球在任意一个时刻的速度；

6.通过记录时刻的位置和速度来计算小球在各个时刻的动能和势能；

7.将实验得到的数据记录在表格中；

8.根据实验数据，验证机械能守恒定律，并绘制图表。

实验结果与分析：

根据实验数据和计算结果，我们可以得到小球在滑动过程中的动能、势能和机械能的变化情况。

以地面为参考点，小球从斜面顶端释放时，动能为0，势能为mgh。随着小球下滑，重力做功，动能增加而势能减小。当小球到达最低点时，动能达到最大值，势能达到最小值。

根据机械能守恒定律，机械能在整个系统中应该保持不变。在实验中，我们可以计算小球在不同位置时的机械能（动能+势能）并进行比较。根据计算数据，当小球在不同位置时，机械能变化并不显著，表明机械能守恒定律适用于这一系统。

实验结论：

通过本实验，我们验证了机械能守恒定律在物体在重力场中的有效性。实验数据显示，当小球下滑时，机械能变化并不显著，验证了机械能守恒定律的合理性和准确性。

实验中可能存在的误差主要来自以下几个方面：斜面的光滑程度、地磅的灵敏度、小球的滚动阻力以及空气阻力等。为了减小误差，可以使用更加精准的仪器器材进行实验，并进行多次重复实验取平均值。 总之，机械能守恒定律是一个非常重要的物理定律，在力学研究中起着重要作用。通过实验验证，我们更加深入地理解了机械能守恒定律的原理和应用。

验证机械能守恒定律

一、实验目的：

验证机械能守恒定律。

二、实验原理：

当物体自由下落时，只有重力做功，物体的重力势能和动能互相转化，机械能守恒。若某一时刻物体下落的瞬时速度为v，下落高度为h，则应有：21mgm2hv。借助打点计时器，测出重物某时刻的下落高度h和该时刻的瞬时速度v，即可验证机械能是否守恒，实验装置如图1所示。

测定第n点的瞬时速度的方法是： T2h-h1-n1nnv

三、实验器材：

铁架台(带铁夹)、打点计时器、学生电源、导线、带铁夹的砝码、纸带。

四、实验步骤：

1．按如图装置把打点计时器安装在铁架台上，用导线把打点计时器与学生电源连接好。

2．把纸带的一端在重锤上用夹子固定好，另一端穿过计时器限位孔，用手竖直提起纸带使重锤停靠在打点计时器附近。

3．接通电源，松开纸带，让重锤自由下落。

4．重复几次，得到3～5条打好点的纸带。

5．在打好点的纸带中挑选第一、二两点间的距离接近2mm，且点迹清晰的一条纸带，在起始点标上0，以后各依次标上1，2，3……，用刻度尺测出对应下落高度h1、h2、h3……。

6．应用公式T2h-h1-n1nnv计算各点对应的即时速度v1、v2、v3……。

7．计算各点对应的势能减少量mghn和动能的增加量 mvn2/2,进行比较。

五、注意事项：

1、打点计时器的两限位孔必须在同一竖直线上，以减少摩擦阻力。

2、实验时，需保持提纸带的手不动，待接通电源，让打点计时器工作正常后再松开纸带让重锤下落，以保证第一个点是一个清晰的点. 图1

图2

3、选用纸带时应尽量挑选第一、二点间接运2 mm的纸带.

4、打点计时器必须接50 Hz交流低压电源.

5、测量下落高度时，必须从起始点算起，不能搞错，为了减小测量h值的相对误差，选取的各个计数点要离起始点远一些，纸带也不易过长，有效长度可在60 cm—80 cm之内.

6、实际上重物和纸带下落过中要克服阻力做功，所以动能的增加量要小于势能的减少量。