用DIS验证机械能守恒定律的三种方法

-1-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：mghmvE21121，22221mvE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/)(*LSSLh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/)/[)(2121EEEEn◆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。-2-二、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。-3-三、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：mghmvE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1/008.0tv。◆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。